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走近2016年度国家最高科学技术奖得主

2017年01月10日08:10    来源:人民网-人民日报

赵忠贤院士(中)和学生在实验室里讨论问题。
  新华社记者 金立旺摄

屠呦呦(左)在实验室和同事一起做实验。
  资料照片

  赵忠贤

  半世纪研磨超导体

记者  喻思娈

1月9日,75岁的赵忠贤走上国家最高科学技术奖的领奖台……

走上领奖台,靠的是他近半个世纪持之以恒的高温超导研究和在这一领域取得的卓越功勋。40多年前,我国的高温超导研究刚刚起步;而今,已组建起一支高水平的研究队伍,走在世界前列。他,则是我国高温超导研究的领军人。

“赵忠贤胆子实在是太大了”

超导,是20世纪最伟大的科学发现之一。超导体在信息通讯、生物医学、航空航天等领域有着巨大应用潜力。百余年来,已有5次诺贝尔奖颁发给了10位研究超导的科学家。

所谓“高温超导体”,是指临界温度在40K(约零下233摄氏度)以上的超导体。1968年,物理学家麦克米兰根据传统理论计算推断,超导体的转变温度一般不能超过40K,这一温度也被称为麦克米兰极限。

40K麦克米兰极限能否被突破?1974年,赵忠贤到英国剑桥大学进修,接触到了世界超导研究最前沿。一年后回国,他立志要做高临界温度超导体。

“初生牛犊不怕虎。”经过缜密思考和实验,1977年,他在《物理》杂志上撰文,指出结构不稳定性又不产生结构相变可以使临界温度达到40—55K,并提出复杂结构和新机制在某些情况下甚至可以达到80K。挑战由经典理论推导出的麦克米兰极限,以至于当时不少人认为“赵忠贤胆子实在是太大了”。

十年磨一剑。虽然当时科研条件艰苦,好多设备是赵忠贤团队自己现造的,买设备都买二手的。好在研究不需要特别精密的仪器,1986年底,赵忠贤团队和国际上少数几个小组几乎同时在镧—钡—铜—氧体系中获得了40K以上的高温超导体。麦克米兰极限被突破,一时国际物理学界为之震动,“北京的赵”成为国际著名科学刊物上的新星。

再接再厉,1987年2月,赵忠贤带领团队又在钡—钇—铜—氧中发现了临界温度93K的液氮温区超导体,并在世界上首次公布了元素组成,刮起了一阵研究液氮温区超导体的旋风。赵忠贤成为国际超导研究领域代表中国的符号。他和团队也因此荣获1989年度国家自然科学集体一等奖。

及其团队的工作极大提升了中国物理学界的国际地位。1987年,他受邀参加美国物理学会三月会议,是五位特邀报告人之一。这宣告了中国物理学家走上世界高温超导研究舞台。

“我们必须坚守超导这块阵地”

超导国家重点实验室研究员孙力玲,跟随赵忠贤从事超导研究。谈起赵老师科研的秘诀,她认为是扎得深、扎得住,根深才能叶茂。

赵忠贤40余年的高温超导研究历程并非一帆风顺。国际上第一次高温超导热潮中的主角——铜氧化物,是一种易脆材料,难以大范围普及应用。上世纪90年代,铜氧化物高温超导体热潮过后,全世界科学家对超导材料的探索一度陷入迷茫,一些团队甚至解散或转而研究其他领域。

困难面前,赵忠贤矢志不移:“我坚信,高温超导研究有潜力,未来有可能有重大突破。我们必须坚守这块阵地。”赵忠贤带领团队一干就是近20年。

2008年2月,日本科学家在四方层状的铁砷化合物中发现存在转变温度为26K的超导电性,但因为没有突破麦克米兰极限温度,还不能确定铁基材料是高温超导体。赵忠贤提出了高温高压合成结合轻稀土元素替代的方案,并组织团队全力以赴,很快将铁基超导体的临界温度提高到50K以上,创造了大块铁基超导体55K的纪录并保持至今。

赵忠贤团队为确认铁基超导体为第二个高温超导家族提供了重要依据,引领了国际高温超导研究领域的第二次突破。我国科学家还对铁基超导体若干基本物理性质进行了深入研究,确认了它的非常规性。赵忠贤小组的成果作为“40K以上铁基高温超导体的发现及若干基本物理性质研究”的重要部分,荣获2013年度国家自然科学一等奖。

如今,已过古稀之年的赵忠贤仍然在奇妙的超导世界中探索……他希望找到新的组合,寻找到临界温度更高、能广泛应用于实际生活的超导体;同时搞清楚超导机理,关注新材料、新现象,为超导研究的第三次突破提供信息。

“选择了科研道路,就要安下心来,不能心猿意马”

赵忠贤的团队成员、超导国家重点实验室研究员董晓莉对赵忠贤充满了由衷的敬佩:赵老师对超导历史很熟悉,不仅记得像元素组成、超导温度这些重要参数,对很多超导体也可以随口报出发现年代、发现者的名字,可谓如数家珍。

专注,也是赵忠贤总结自己研究工作时最喜欢用的一个词。他常说,选择了科研道路,就要安下心来,不能心猿意马。

由于超导机理仍然是个谜,发现超导材料,多数时候凭的是直觉。40多年的钻研和积累,让赵忠贤培养出超出常人的直觉。

本世纪初,MgB2、NaCoO2等超导体被发现,但这两个体系都不是四方结构,和赵忠贤探索高温超导的想法不一致,就没安排团队全部投入。看到日本团队报道了四方结构的铁基超导体,他很快提出高温高压合成结合轻稀土替代的实验方案,组织团队全力以赴。

“搞研究,长期积累到一定节点后,在认识上就会有一个升华。发现超导材料并没有理论规律可循,只可意会不可言传。”赵忠贤说。

荣誉等身,赵忠贤从未自满。他常说,自己就是个普通人。荣誉归于国家,成绩属于集体,自己只是其中的一分子。他还常常提醒前来采访的记者:“别光报道我,多看看我身后那些没露面的人。”面对媒体的聚焦,老先生坦率而诚挚……他说,自己做研究从来没想过要得什么奖,能为人类文明添砖加瓦、满足国家重大需求,这辈子很值。

(责编:沈王一、秦华)

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