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荣获国家最高科技奖:赵忠贤与他的高温超导—

发布时间:2017-12-04 阅读:

  曾获国家最高科学技术奖:赵忠贤及其高温超导性 - 新闻 - 科学网

  1月9日上午,全国科技奖评选在北京举行。中国科学院物理研究所赵忠贤院士2016年获得国家最高科学技术奖。中共中央总书记,中央军委主席习近平将这一奖项授予赵忠贤院士。

  赵忠贤是中国高温超导研究的主导倡导者,推动者和实践者。他对HTS在中国的研究做出了重要贡献,也是HTS在中国研究的创始人之一。新中国培养的科学家的杰出代表之一。

  神奇的超导性

  超导性(full superconductivity),是指一些材料在温度下降到一定临界值(即超导临界温度)以下的现象的突然消失的现象。具有这种特性的材料被称为超导体。

  也许你不知道,超导在我们身边:医院使用的1.5T和3T核磁共振成像的核心部件是1.5特斯拉(磁感应单位)或3特斯拉超磁层;北美地区数以千计的高温超导滤波器服务在手机基站上,与传统的基站相比,通信质量有了很大的提高;神粒子发现于2012年在欧洲核中心大型对撞机上,几十公里长的超导加速环和几层楼的超导探测器是最关键的部件

  超导有着光明的未来。在德国,采用高温超导磁体的涡流加热技术使热加工铝的电能转换效率提高了30%。超导技术一旦被广泛使用,将为人类创造可观的效益。日本计划在2027年开始新的新干线的运营,使用超导磁悬浮列车,时速500公里。

  在纯科学中,超导作为当代物理学中最重要的前沿问题之一,也引起了无数科学家的关注。自从1911年人类发现超导性以来,已经有10位科学家授予了超导研究的5项诺贝尔奖。

  事实上,自从1911年以来,超导研究中最重要的两个问题一直是:如何找到临界温度更高,适用范围更广的超临界材料?为什么超导超导体?赵忠贤是众多优秀的科学家之一,也是其中一位优秀的科学家。

  年轻的科学梦想

  高中时,赵忠贤受到国家对科学进步号召的强烈影响,从苏联杂志上了解到,很多兄弟的新发展,如卫星,火箭,半导体等等。这使得赵忠贤对科学产生了浓厚的兴趣,也有希望使中国成为科技强国。

  高中毕业时,赵忠贤最初想申请地质专业,为祖国寻找矿产资源,但在体检时被误诊为平脚,没有资格申请。因为所谓的反对健康大跃进,失去了报名的机会,所以要哈哈军人。在副校长(兼职教师)的政治代表工作中,偶尔会有一个招生简报会,在个别学生的鼓励下,决定在中国科技大学注册,北京,第一和第二志愿者学校。

  1959年大学录取纪念馆(北京玉泉路中国科技大学礼堂)

  1959年,赵忠贤被中国科学技术大学技术物理系录取。 1964年毕业于大学,被分配到中国科学院物理研究所。他对五十多年来祖国科学未来的美好愿景充满了期待。

  勇敢的年轻人

  赵忠贤很快出现在物理学领域,成为培养青年人才的重点。

  物理学是新中国超导研究的发源地,赵忠贤被分配到该室主任洪生同志领导的研究小组从事超导研究,文革开始后,超导研究受到极大影响。大部分的基础研究都停止了,年轻的赵忠贤作为行动的负责人参加完成了几项国防任务。

  1973年,在周总理的指示下,一批青年学生和学者被派往国外留学。赵忠贤被从干部学校召回。 1974年,他前往剑桥大学深造,参观了世界超导研究的前沿。赵忠贤在回国75年后,提出探索高临界温度超导体(简称高温超导体)。

  1975年剑桥大学春节

  所谓的高温超导体,是指超导体上方40K(约零下233摄氏度)的临界温度。根据1972年诺贝尔奖的BCS理论,麦克米伦认为,超导的最大临界温度不可能超过40K,他的计算已被国际学术界普遍接受,40K也被称为麦克米伦极限。

  赵忠贤经过研究,交流和仔细思考,支持少数派理论家对经典理论所衍生的国际接受的麦克米伦极限的挑战。 1977年,他在“物理学”上撰写了自己的文章,指出没有结构相变的结构不稳定性可以使临界温度达到40-55K,这表明在一些情况下甚至可以达到80K的复杂结构和机制。

  当时还有人认为赵忠贤太大胆了。物理研究中的低温通常用液氦和液氮来实现。最低的液氮只能达到77K,所以临界温度低于40K的超导体,只能用你的液氦研究次数。 1958年大跃进期间,中国没有液氦,研究超导性是不可能的。受当时气氛的影响,相当一段时期的研究是跨越式的,超过77K超越液氮温度超导体的目标是可预测的。所以经过20年的时间,赵忠贤再次提出80K液氮温度超导体也能存在,我们还是心有余悸。

  然而,作为当时一小撮回乡的赵忠贤,依然得到了支持,开始组织和推动全国高温超导研究的探索。截至1986年底,他已经组织了六次研讨会。虽然他正在努力在床上找老鼠,但一群志同道合的同事逐渐走到了他的身边。

  积累,重磅炸弹

  赵忠贤自己从来没有想到,在几个月的时间里,他从物理学家和普通的研究人员变成了代表中国在国际物理界的象征。

  1986年,欧洲科学家Bernard Knoll和Mueller在镧 - 钡 - 铜 - 氧体系中发表了35K超导体。当时,世界上有一些超导研究者关注另一篇文章,这篇文章后来被证明是谬误,而赵忠贤等一些学者对帕德诺兹和穆勒的文章感兴趣,杨泰勒效应提到本文中赵忠贤1977年提到的结构不稳定性不引起结构相变与高超导温共振,促使他立即组织团队。当时,削减案例研究开始氧化铜超导体。

  1986年底,赵忠贤的队伍和几支国际队几乎同时突破了镧钡铜氧体系的麦克米伦极限,获得了40K以上的高温超导体,一度世界物理界恐慌,传统理论的崩溃使得赵在北京多次出现在国际着名科学杂志上。

  在这一突破中,赵忠贤队也发现了70K超导的迹象,距离77K液氮温差不远。不幸的是,国外的研究小组并没有看到同一个系统中的7万个标志。

  由于当时没有人能够重复7万个标志,一些海外学者质疑中国的结果,信件和电话压力,赵忠贤他们认识到:同一个系统的名义上只有相同的基本化学比例,但实际组成是不同的是,他们1956年在公私合营工厂中使用的原料实验样品中含有大量的杂质,这使他们注意到它们也可能在杂质中起作用,导致出现7万个标志,然后开始引入杂质,用锶替代钡70K后,在钡基非均相体系中用钇替代镧的方案已经确定并实施,1987年2月19日晚,他们的团队测试了钡 - 钇 - 铜在氧气中发现了临界温度为93K的氮温超导体,并于1987年2月24日在中国科学院数学研究所召开了新闻发布会发现并发表世界上第一个元素组成的公告。 “人民日报”25日报道了这一消息,世界各大新闻机构纷纷转载,吹响了液氮温度超导体的旋风,集体荣获1989年国家自然科学集体先进集体的赵忠贤他还作为团队代表获得了第三世界科学院物理学奖。

  1987年和YBCO高温超导论文作者在A Physics Physics实验室照片前

  赵忠贤等人的成就引起了国际学术界的关注。 93K超导体的发现突出了Cupertino和Mueller铜化合物可能具有35K超导能力的意义,同时颁发了1987年的诺贝尔物理学奖。 Parknodez指出:赵教授和他的同事的研究成果在世界范围内对科学技术和超导的发展作出了巨大的贡献,引起了世人的关注。

  1987年9月第三世界科学院人民大会堂萨拉姆院长授予TWAS奖

  赵忠贤等人的工作极大地提高了中国物理界的国际地位。 1987年,赵忠贤出席了美国物理联合会3月份会议,作为五位特邀演讲嘉宾之一。中国科学家有这样的国际待遇,这在当时是非常罕见的。这次发布会后来被称为物理摇滚音乐节的HTS吸引了突破性的物理学家挤满整个场地,狂热的场景历时七个多小时。 1987年3月的会议标志着中国物理学家走上世界高温超导研究阶段的开始。

  1987年小组作为美国物理学会3月份会议上五位认可的发言人之一

  再次创造成功

  1987年辉煌后,赵忠贤投身研究了20年,终于领导中国队再次领跑全球。

  1988年在办公室

  经过87年的成就,赵忠贤获得了不少奖项和荣誉,但赵忠贤毫不犹豫。他总是对同事说:我是一个平凡的人,我做的是自己的工作。荣誉属于国家,结果属于集团,我个人只有其中之一。他认真,继续研究高温超导体。

  1992年前后在实验室工作

  也是在这个时候,这个普通人进一步深化了学术思想。他逐渐形成的新的学术思想成为了第二次突破的基础。在此期间,他还促进了超导规律的发展,培养了一批人才。赵忠贤和陈立泉共同向国务院提出设立国家超导实验室(现为国家超导电子学重点实验室),并批准赵忠贤担任实验室主任。目前,超导国家重点实验室已成为世界领先的超导研究基地,培养了一大批优秀的超导研究人才。

  转瞬即逝,20年过去了。 2008年,日本科学家细野一郎在镧 - 氧 - 铁 - 砷体系中报道了26K超导电性的存在,与赵忠贤关于具有多重相互作用的四方层状结构体系高温超导电性的新思路相吻合,马上意识到这类铁砷化合物(后来称为铁基超导体)很可能是新的高温超导体,实际上,赵忠贤在1994年研究的结构完全相同的稀土 - 铜 - 硒 - 氧系统,但没有使用铁。

  赵忠贤提出了结合高温高压合成轻稀土的替代方案,带领团队将铁基超导临界温度迅速提升到50K以上,创下55K的纪录,至今仍保持不变铁基超导体为第二高温超导系列提供了重要依据。实现了HTS研究领域的第二次突破。在此期间,他几乎在一夜之间带领年轻人,三岁67岁,完成了三篇最重要的早期论文。后来才知道,其中一个比外国同行早一天才发表。

  赵忠贤铁基超导研究得到了国内外的高度评价。 “美国学报”三度报道赵忠贤的工作,充分肯定了赵忠贤对“超导新中国物理学家”的贡献。赵忠贤团队成果获得2013年度国家自然科学奖一等奖,作为发现40K型铁基高温超导体及其基本物性的重要组成部分。

  五十多年前,年轻的赵忠贤独自回到北京,中国超导研究刚刚起步。这更妙了。如今,过去的一年,赵忠贤已经聚集到世界各地,成为中国领先的高温超导研究团队,中国的高温超导研究已经走到了世界的前列。

  几十年来,赵忠贤一直是中国高等教育事业从历史到世界领先的历史进程的主要倡导者,推动者和实践者。他有无私的奉献精神和国际领先的成就,是新中国培养的科学家的杰出代表。它为在中国走在世界前列的HTS研究作出了重大贡献。

  今天,作为中国科技领域最高荣誉的国家最高科学技术奖赵忠贤不仅得到了他的杰出贡献,而且也期待了受他影响的几代年轻科学家能够走得更远在前人的基础上,在未来高温超导的第三次突破上取得新的成就,为祖国科技事业的发展做出贡献。

  (部分图片由新华社记者金立宏摄)

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