赵忠贤:做科研从未想过拿奖

作者: 孙天任

来源: 科学世界

发布日期: 2017-05-02 17:30:21

赵忠贤院士在超导研究领域做出了重大贡献,他强调团队合作的重要性,并致力于推动中国超导研究的发展。超导技术在能源节约、医学成像等领域有广泛应用前景。

在一百多年前的1911年,人类第一次发现了超导现象。当时,荷兰莱顿大学物理学教授海克·卡末林·昂纳斯成功制备了液氦,成为了世界上第一个能开展4.2K以下低温实验的科学家。昂纳斯首先利用金和铂开展了实验,发现在降温到4K左右时,它们仍然保留有电阻。但是,昂纳斯并不就此罢休。他开始思考这一电阻是否可能来自金属中杂质的干扰。要排除这种干扰,就需要纯度极高的材料。昂纳斯把目光转向了汞。

1911年4月8号,昂纳斯发现到达4.2K时,汞的电阻率突然降到了零。11月,昂纳斯发表了论文,并将这一现象称之为“超导”。随后在1913年,昂纳斯在铅、锡等金属中发现了超导现象,同年获得了诺贝尔物理学奖。现在,人们已经知道大部分金属单质均能实现超导,不过,常温下导电性良好的金、银、铜属于少数无法实现超导的金属。

1933年,德国工程物理学家瓦尔特·迈斯纳在测量超导体的磁场分布时,发现超导体具有完全抗磁性,所有磁力线均无法穿过超导体。这一现象随后被命名为迈斯纳现象,与零电阻效应一起成为检验超导体的标准。

超导现象自发现以来,便是物理学界关注的焦点,先后有5次诺贝尔物理学奖颁给了超导研究。在今天这个以电为主要能源形式的时代,据推测有15%的电力在输送途中因电阻产生的热效应损失了。为了降低电阻,输电线不得不做得越来越粗,这又需要使用大量的材料。如果能使用零电阻的超导材料输电,将会大大节约能源和材料的耗费。而迈纳斯效应在磁悬浮等技术中也有广阔的应用前景。

不过,超导所需要的温度实在太低了,通常需要使用昂贵的液氦来冷却,在经济上缺少实用性。如果能用沸点20K的液氢,或者能从空气中大量制取的沸点77K的液氮以达到超导所需,乃至在室温(300K)下就能实现超导,那么,超导技术将能真正走进千家万户。为了追寻最高的超导转变温度,科学家在一个多世纪里展开了激烈的竞赛。在这场竞赛中,以赵忠贤院士为首的中国科学家做出了重大贡献。

赵忠贤回忆道:“团队的力量造就了中国的超导研究方面的成绩。这不是说客气话,而是有根据的。我们当时连个像样的炉子也没有,我们做样品用的材料有的是1956年公私合营时生产的,不纯;连测量液氮温区的磁化率也非常困难,现搭起来的装置。物理所有实验基础,有液氦,所里很多同志都有自己的特长,当然还有其他方面的基础,很快就可以把这个测量系统搭起来。

物理所基础好,有一个很好的团队,而不是靠某一个人就能把事情做成的。”

在竞争最为激烈时,“那时候我们的电话装在走廊,‘嘟嘟嘟’,电话一响,就有人在走廊里喊接电话。时差不同嘛,从美国打过来,他们是白天,我们这里是半夜。不过我们当时也不分昼夜,整日整夜都在实验室工作,困了在桌子上躺一躺或在椅子上靠一会儿。所以他们什么时候打电话我们都有人。实际上当时最大的感觉就是要争分夺秒,时间就是一切!

有时可能就因为我们的能力条件比别人稍微差一点点,就差一口气,跟人家就差了那一点点,那你就还得要去想办法追上去。唯一占一个好处就是,我们是最早意识到瑞士科学家工作的意义的几个人,我们就抓住了这个机会。”

如今,年逾七旬的赵忠贤仍然工作在超导研究的第一线。虽然无法再亲力亲为制备样品,但他认为自己还能做两件事:“一是跟大家一起‘凝练方向’,探讨集中力量在哪方面能有突破;第二是‘营造环境’,把年轻人的激情激发起来,把创造性发挥出来,让他们能有所突破。”

据中科院物理所刘国东研究员介绍,目前我国的超导研究,主要聚焦在三个主要方向。首先是新超导材料的探索。追寻最高的转变温度乃至室温超导,永远是研究的焦点。其次,对于超导体种种奇妙的物理现象,尤其是BCS理论不能解释的非传统高温超导体,理论家提出了种种假说。最终,超导研究的目标是改善人类的生活。目前,医学检测所用的磁共振成像设备不少就使用超导磁体作为核心部件。

人类认识超导现象仅有百余年历史,这也是超导的材料、理论、应用突飞猛进的一百多年。在不远的将来,如赵忠贤院士这样的超导研究者,必将带给我们更多的可喜成果。

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