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赵忠贤:两获“头奖”的超导院士

来源:姜天海 《科学新闻》 作者: 2015年03月10日 11:30
[导读] 超导被誉为“20世纪最伟大的科学发现之一”。自1911年荷兰物理学家卡麦林·昂纳斯发现超导后,已有10个人在超导领域获得了5次诺贝尔奖。

 
 
2014年1月10日,国家自然科学一等奖的颁奖舞台上,再次出现了中国科学院院士、中国科学院物理所研究员赵忠贤的身影。
 
以他为代表的物理所团队和中国科学技术大学研究团队,因“40K以上铁基高温超导体的发现及若干基本物理性质研究”的突出贡献,荣获2013年度国家自然科学奖一等奖。
 
这是继他与物理所同事在1989年“液氮温区氧化物超导体的发现及研究”获得国家自然科学集体一等奖以来,又一项高温超导研究领域的国际一流成果。此前,该奖项已连续空缺三年。
 
《科学新闻》记者有幸在赵忠贤此次获奖时采访到他。但是,在这位朴实真诚的老人身上,记者却一点也感受不到两次“头奖”加身为他带来的名人光环。他希望公众能更加关注获奖名单外默默奉献的团队成员。也直言,中国在超导研究上取得的成绩,是因为超导已在中国深深地扎了根。
 
占领新制高点
 
超导被誉为“20世纪最伟大的科学发现之一”。自1911年荷兰物理学家卡麦林·昂纳斯发现超导后,已有10个人在超导领域获得了5次诺贝尔奖。
 
在对超导电性的微观机制理解中,基于电子—声子相互作用的超导体转变温度存在—个麦克米兰极限温度。也就是说,以电子声子相互作用为基础超导体的转变温度难以超过40K(约零下233℃)。
 
1986年,两名欧洲科学家发现了以“铜”作为关键元素的铜氧化物高温超导体。
 
人们也曾考虑过“铁”。但由于铁基化合物的磁性因素,一般都认为不利于超导。一度,物理学家都将其看为高温超导体的禁区。
 
2008年2月18日,日本研究组报道在掺氟的镧氧铁砷化合物中存在转变温度为26K的超导电性。虽然其转变温度仍低于40K,但却立刻引起中国学者的极大关注。
 
“这个材料的结构和正常态的物理特点与我们长期以来的研究思路产生共鸣,即高温超导会存在于有多种相互作用、结构又是四方的准二维体系之中。而且含铁的化合物其超导转变温度竟高达26K,这一定是非常规的超导体,将会有新的突破。”赵忠贤表示。
 
他和团队得出一致结论:“26K超导转变温度的镧氧铁砷不是孤立的,压力效应显示也大有提升空间,类似结构的铁砷化合物中很可能存在系列高温超导体。必须抓住机遇,全力以赴!”
 
不到一个星期,中国科学技术大学陈仙辉研究组和物理所研究员王楠林研究组几乎同时分别在SmO1-xFxFeAs(铁基砷化物)体系和CeFeAs(O, F)中观测到43K和41K的超导转变温度,突破了“麦克米兰极限”。赵忠贤组利用高压合成技术很快制备出PrO1-xFxFeAs,将临界温度提高到52K,证明铁基超导体是除铜氧化物之外第二个高温超导家族。
 
短短几个月,赵忠贤团队发现系列临界温度超过40K的超导体,并创造了55K铁基超导体转变温度纪录,同时在物理上认识到高的超导临界温度与磁的不稳定性密切相关。这些发现在国际上引起了极大轰动,标志着经过20多年的不懈探索,人类发现了新一类的高温超导体。
 
《科学》《自然》等国际知名学术刊物纷纷以专门评述或作为亮点进行跟踪报道,其中一篇评论题为“新超导体的发现把中国科学家推上最前沿”。包括中国科学家研究成果在内的有关铁基超导体发现被评为《科学》“2008年度十大科学突破”、美国物理学会“2008年度物理学重大事件”及欧洲物理学会“2008年度最佳”。
 
39年高温超导梦
 
今年,已经是赵忠贤在高温超导领域的第39个年头。早在1976年,赵忠贤就开始了高临界温度超导体的探索。1977年,他撰写的题为“探索高临界温度超导体”的文章,其中一些观点他坚持至今。
 
1986年,科学家贝德诺兹与缪勒对铜氧化物超导电性的发现引起了赵忠贤的注意。他凭借多年的超导积累,成为世界上最早意识到这项工作重要性的少数科学家之一。1987年2月,赵忠贤等人独立发现液氮温区的钇钡铜氧新型超导体,大大加速了全球高温超导的研究进程,荣获1989年国家自然科学集体一等奖。
 
然而热潮之后,铜氧化物的高温超导研究却在全球大面积遇冷。因为铜氧化物高温超导体属于陶瓷性材料,制作工艺极其复杂,大规模应用路阻且长,而且其中蕴含丰富物理内涵的高温超导机理也需进一步解决。
 
90年代中后期,高温超导在研究资助和文章发表方面都受阻,不少研究人员纷纷转向其他领域。
 
但赵忠贤等人坚信“科学研究是为了探索物质世界的奥秘”,顶着“没有好文章”的压力,继续在具有特殊磁或电荷有序的层状结构体系中探索可能存在的高温超导体。最终,在铁基超导方面又抓住了机会,为第二类高温超导家族的发现做出了贡献。
 
也正是数十年的积累和坚持,让铁基超导取得的研究突破绝非偶然,不仅培养了材料和理论人才,还在实验技术和分析上取得重大进步。赵忠贤、陈仙辉、王楠林、闻海虎和方忠五位获奖者,活跃在国际舞台上的中国学者以及成长起来的优秀年轻人才已经形成了具有老、中、青各个年龄段的超导团队,承担起了实现新突破的重任。
 
“铁基超导家族的发现只是一个开始,是对人们思想解放的一次鼓励。如果有一天,超导又有新的突破,我相信一定有中国人的身影。”赵忠贤这样表示。■
 
(赵忠贤,中国科学院院士,中科院物理研究所研究员。经过20多年的坚持与积累,赵忠贤科研团队发现转变温度40K以上,也就是高于-233℃的铁基超导体。2014年初,该团队因“40K以上铁基高温超导体的发现及若干基本物理性质研究”方面的突出贡献,获得空缺三年的国家自然科学奖一等奖。10月,赵忠贤获得2014年度何梁何利科学与技术成就奖。)
 
《科学新闻》 (科学新闻2015年2月刊 封面)
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[责任编辑:wn541]
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