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特别报道|赵忠贤:超导至臻 星汉灿烂

来源:爱游戏平台下载    发布时间:2025-03-10 23:28:45

  当某些材料在温度降低到一定数值时,电阻会突然消失,具备这种特性的材料被称为超导体。超导态是材料的一种特殊状态。在超导态中,材料处于零电阻的状态中。由此,超导体的意义显而易见。如果电线都采用超导体,那就不会存在能量衰减。真实的生活中,超导就在我们身边。人们熟悉的磁悬浮列车、核磁共振成像仪、手机基站的高温超导滤波器等,不能离开超导材料。但对大多数人来说,超导是陌生又高深的科学名词。

  1964年,当我国高温超导研究领军人、中国科学院院士赵忠贤大学毕业时,超导还是一个世界性的谜题。中国的超导研究才刚刚蹒跚起步,已经比国外同行晚了半个多世纪。

  赵忠贤毅然把个人志趣与国家命运结合在一起,以国家需求为导向,聚焦超导研究,用半个世纪把“冷板凳”坐热。世界超导百余年研究史中,在两次高温超导领域的研究取得重大突破的关键时刻,赵忠贤带领的团队都“跑”在前列。科技报国,赵忠贤用毕生的热爱与坚守,让中国高温超导科研地位跻身国际前列,并培养和影响了一大批世界领先的高温超导研究人才。在中华人民共和国成立75周年之际,赵忠贤被授予“人民科学家”国家荣誉称号。

  赵忠贤说,中国的科学技术实力花钱买不来,白送更别想,只能立足于自己咬牙攻关,知识报国。从60多年前孤身一人到北京求学的小伙子,到今天桃李满天下的超导研究开拓者,赵忠贤为高温超导研究在中国扎根,并位居世界前列作出了重要贡献。他用实际行动谱写了中国人以铁杵磨成针的精神,为国家崛起而奋斗的壮丽诗篇。

  1941年1月出生于辽宁新民的赵忠贤,今年刚刚过完84岁的生日。作为我国高温超导研究的领军者,虽然已是耄耋之年,却依然坚持每天上班。他笑称,自己是“80后”的上班族。

  上小学时,赵忠贤就对自然科学产生了浓厚的兴趣。上中学后是更好学,在学习平面几何课程时,他尝试用各种不同方法解几何习题。高中时代,赵忠贤被国家提出的“向科学进军”号召吸引,开始关注苏联卫星、火箭等方面的科技发展。也正是从那时开始,“让中国成为一个科技强国”的种子在赵忠贤心中扎下了根。

  1959年,赵忠贤考入了建校仅仅一年的中国科学技术大学(简称中国科大)。而这,恰恰缘于“一字之差”。

  起初,赵忠贤的选考志愿是哈尔滨军事工程学院。但在一次卫生“除四害”的活动中,他因不满街道组织者在高考临考之际仍要求考生们参与捧场而表达了一些不同意见,使得毕业评语总操行由“优”变成了“良”。而“良”是不符合报考哈尔滨军事工程学院资格的。赵忠贤感到很委屈,去找老师反映,没想到意外在老师办公桌上看到一份中国科学技术大学招生简章。当时中国科大招生简章保密,不是什么人都能看的。虽然当时学校刚刚建校1年,但它由中国科学院主办,系主任及客座教授都是大师级的科学家,这些都深深地吸引了赵忠贤。他便向老师请示,希望有机会能够尝试填报以弥补不能报考志愿学校的遗憾。但是操行“良”同样不能报考科大。于是老师就把他的操行又改成了“优”。一字之差,赵忠贤的高考政审得以通过,并以高分成绩换来中国科学技术大学的录取通知书。现在想来,一切都似乎命中注定。如果没有因操行评定去找老师,如果没看到那份制作精美的招生简章,赵忠贤的人生可能会截然不同。

  赵忠贤大学主攻低温物理。中国科大的低温物理专业由中国科学院物理研究所的低温物理室负责对接。中国低温和超导学科奠基人洪朝生亲自为该专业学生开设低温技术课,而中国超导学科的另一位奠基人管惟炎则为他们开设超导物理课。他们将国际上最新的低温、超导学科知识和相关研究成果融入教学中,保证了课程内容的前沿性和高水准。赵忠贤到中国低温和超导研究的发源地物理所之后,在管惟炎亲自指导下开展毕业论文设计,论文题目为“用超导体获得均匀磁场”,这是当时非常前沿的研究课题。物理所系统的科研训练为赵忠贤之后独立开展科研工作打下了良好的基础。也正是从那时起,赵忠贤暗下决心:老老实实学习,将来为国家作贡献。

  1964年,赵忠贤毕业后被分配到中国科学院物理研究所低温物理室工作,任实习研究员,是课题组负责人之一。他为人低调,做事严谨,同事们都说他“坐得住,钻得进,研得深”。他先是参加由洪朝生组织的超导计算机器件研制任务,将半导体光刻技术应用于超导器件制备,这项工作一直持续到1966年。之后,他开始领导开展单极和双极斯特林制冷机的国防研制任务。1969年,赵忠贤小组研制的单极2W/38K制冷机,成功冷却了电子工业部第11研究所的红外激光雷达,使其野外联试取得成功。1972年,他又作为负责人之一承担微波量子放大器的应用研制微型制冷机的国防任务。

  1972年3月13日,中国、英国建立大使级外交关系;随后,逐步恢复了中英两国科技交流。在周恩来总理支持下,中国预备建立粒子加速器,发展高能物理学科,准备选派科学家到美国和欧洲等地考察、进修。1973年12月,赵忠贤加入中国。1974年2月,赵忠贤被选派到英国剑桥大学冶金与材料科学系超导组进修,选择第Ⅱ类超导体在非线性区到线性区过渡区间的磁通运动问题作为研究课题。在那里,他接触到了当时世界超导研究的最前沿。

  1975年从剑桥大学回国后,赵忠贤重新再回到中国科学院物理研究所低温物理室,重启超导研究工作,开始探索高温超导体研究。1987年3月,赵忠贤联合我国固体离子学和能源材料专家陈立泉向科研部门建议,成立国家超导实验室;5月,中国科学院物理研究所向中国科学院正式提交《高临界温度超导体联合实验室计划任务书》;7月,国家计委批准在物理所筹建国家超导实验室。1991年4月,国家超导实验室通过验收,正式挂牌成立,被列入国家重点实验室行列,正式命名为“超导国家重点实验室(中国科学院物理研究所)”。

  赵忠贤在中国科学院物理研究所的“55K以上铁基超导体试验”的示意图前 新华社记者 金立旺/摄

  从最早接触低温物理算起,赵忠贤与超导结缘已有60余年。这位“超导斗士”跨越半个世纪的追逐,让高温超导扎根中国,名列世界前茅。如今,作为首位“40后”的国家最高科技奖获得者,当被问及“成功的秘密是什么?”时,他连说3声:“热爱它!热爱它!热爱它!”

  自1911年荷兰物理学家K. Onnes发现超导以来,就成为物理学界最重要的前沿问题之一。发现之初,人们绝对没想到这个现象与十余年后发生的量子革命居然存在着深刻的联系,无数优秀的科学家为此前赴后继。该领域已经产生了5个相关的诺贝尔奖。

  超导电性最显著的表现有两个:一个是理想导电性,另外一个则是更有神秘感的完全抗磁性。超导研究不仅仅具备重大应用价值,也具有重大基础物理意义。这个20世纪最伟大的科学发现之一,有着非常大的应用潜力。人类发现超导百余年来,高温超导总共出现了两次重大突破,赵忠贤都抓住机遇且取得了重要成果。

  高温超导体,指临界温度在40K(开尔文,热力学温度单位),也就是约-233℃以上的超导体。1968年,美国物理学家麦克米兰通过计算,断定超导临界温度最高不大可能超过40K,被称作“麦克米兰极限”。当时,国际学术界普遍认可“麦克米兰极限”,但也有不少科学家不断挑战这一极限,希望探寻到能够超越“麦克米兰极限”的高温超导材料,其中也包括赵忠贤。1977年,他曾在《物理》杂志上撰文指出在特定情况下,超导体的临界温度能够达到40K—55K,甚至是80K。

  20世纪80年代,在赵忠贤为代表的团队带领下,中国很快发现了90K(-183.15℃)以上铜氧化物高温超导现象,打破了传统超导体的转变温度一般不能超过40K(-233.15℃)的上限。

  1986年4月,瑞士科学家穆勒和柏诺兹发现Ba-La-Cu-O材料在35K时慢慢的出现超导现象。9月底,赵忠贤看到论文后,立刻找到陈立泉等人开始铜氧化物超导体研究工作。当年,为了能追赶上国际水平,赵忠贤带领团队日夜攻坚克难,夜以继日奋战在实验室里。饿了就煮面条吃,累了就在椅子上打个盹。仓库里领到的材料是20世纪50年代生产的,烧样品的炉子是自己绕制的,买设备都买二手的,而连续加班加点则成为常态。没有汽车运输大批量实验材料和大型设备,赵忠贤就带头蹬着板车拉。以至于“拉板车”成了科学院建院几十年后科学技术人员都要必会的技能。当时的中国科学家们,就是以这样落后的科研条件与世界顶尖的科研团队同场竞技。苦干终于迎来收获。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。传统理论的崩塌让“北京的赵”在国际超导研究领域崭露头角。

  这是中国科学家第一次在超导研究中,从追赶者变成了领跑者。1987年,赵忠贤带领团队“乘胜追击”,独立发现了临界温度93K的液氮温区超导体,并在国际上首次公布其元素组成:钇—钡—铜—氧。这一突破性的发现让赵忠贤团队因此荣获1989年度国家自然科学奖一等奖,他也作为团队代表获得了第三世界科学院物理奖。1987年,赵忠贤作为5位特邀报告人之一参加了美国物理学会三月会议。中国科学家在国际上有如此待遇,在当时是极其罕见的。这也标志着中国物理学家走上了世界高温超导研究的舞台。

  中国科学院物理研究所副研究员赵忠贤、陈立泉等13名中青年科学技术人员,首次发现在液氮温区100K以上条件下的超导体,在超导体材料研究方面获得新的重大突破。图为赵忠贤(左)陈立泉(右)在进行超导体电阻及交流磁化率测量 新华社记者 杨飞/摄

  赵忠贤对于超导的第二次重大突破,是在20年后的2008年,他的名字再次震动了世界物理学界。

  20世纪90年代中后期,国际物理学界在通过铜氧化物超导体探索高温超导机理研究上遇到瓶颈。我国国内研究也遇冷,不少研究人员转向其他领域。赵忠贤坚持坐“冷板凳”。在跌宕起伏之间,他对“初心”的追逐从未变过。在漫长的低潮期,赵忠贤团队没有轻易转变研究方向,一边研究铜氧化物超导电性机理,另一方面则继续探寻新的高温超导材料,长期的坚持和积累也为接下来的突破奠定了基础。赵忠贤在探索新高温超导体方面逐渐发展了一种新思路,即存在多种合作现象的层状四方体系中,有可能实现高温超导。2008年2月,日本研究组发现在掺氟的镧氧铁砷化合物中有26K的超导电性。这一报道引起了中国学者关注。赵忠贤结合其学术思路,认识到其中可能孕育着新突破。当年,已经67岁的赵忠贤在成果出现前夕还曾带领年轻人熬了3个通宵。他带领团队将铁基超导体临界温度提高到50K以上,并创造了55K铁基超导体转变温度纪录,并保持至今。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。

  自此,很多新的铁基超导材料包括超导机理方面的物性研究,均由中国科学家率先开展。直至今日,中国在超导基础研究领域,即材料和机理方面,都处在全球前列。2014年,赵忠贤团队凭借铁基高温超导研究再次问鼎国家自然科学奖一等奖。2017年,76岁的赵忠贤走上国家最高科技奖的领奖台。

  20世纪90年代初,赵忠贤在中国科学院物理研究所实验室工作新华社发 中国科学院物理研究所供图

  “一位优秀的学科带头人,还应是一位优秀的科学组织家。”这是赵忠贤常说的一句话。无疑,他也是这样对自己要求的。早在1976年,他就开始在国内组建高温超导研究队伍,并受到包括蔡建华、龚昌德等著名物理学者的热情欢迎。此后在同年年底,他又成功组织召开了国内第一届高温超导讨论会,参会单位有十几家,会议日程达8天之久。在那个年代,为如此规模的一次会议筹措经费是相当不易的事情,况且当时他还只是一名实习研究员。后来,这个系列会议在他的组织下,至1986年11月共连续召开了6届。对于一名科学家来说,这种过人的科研组织能力同样是一种难得的品质。

  20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,进入了长达20多年的瓶颈期,始终没有新的突破,持续的低潮消磨了曾经的热情,一些人下海了,还有人调整了研究方向,但赵忠贤依然埋首工作,一如既往。1991年,赵忠贤等人联名建议成立的国家超导实验室(现超导国家重点实验室)获得批准,赵忠贤担任首届实验室主任。目前,超导国家重点实验室慢慢的变成了国际上实力领先的超导研究基地,培养了一大批优秀的超导研究人才。

  “大潮来的时候很多人都参加了,这个最热门过去以后,剩下来的都是在那啃硬骨头的,我们大家都认为这个硬骨头啃起来仍然有味道,那我还要继续去啃。”对于这块“硬骨头”,赵忠贤一“啃”就“啃”了60年。科研之路艰难漫长,但他始终满怀希望。

  “快乐在于每天都面对解决新问题的挑战。”赵忠贤时常勉励后辈,要有远大的目标,更要脚踏实地去工作。“既然已经选择了科研这条道路,就要安下心来,不要心猿意马。”如今,赵忠贤把更多的精力放在为年轻人把握科研方向和营造好的科研环境上。他说:“我希望将自己的经验教训分享给年轻科研工作者,让他们能少走些弯路,取得更大的成绩。”

  在赵忠贤的培养和支持下,一大批年轻人成长起来并成绩斐然,很多人成为了学术带头人。保持着创新激情的他总是对年轻人寄予厚望,更常常会为他们所取得的优异成绩而兴奋不已。时至今日,年逾八旬的赵忠贤依然没有停下脚步,从始至终保持着旺盛的工作热情,也时常去实验室,但“原则上只出出主意”,以期帮助年轻人找到研究超导机理问题的切入点。在赵忠贤眼里,现在的年轻人,“有激情,肯吃苦,能战斗,可信赖”。“但你们别像穆桂英一样,身上插好多旗子,做事情要集中一点,不需要过多精力分散,不要选太多,这个也干那个也干。”赵忠贤说,“要选一个方向,坚持十年,扎下根去,才能枝繁叶茂。”

  1991年,50岁的赵忠贤当选为中国科学院院士。同年,他回到母校中国科学技术大学,为青年大学生作了一场题为《超导技术探讨研究和我们的使命》的科普报告,影响深远。

  “我做科研从来没想过要拿奖,能拿奖很好,但不要当科研目标,科研是要为人类文明长河作贡献。”这样的话,赵忠贤的小组成员太熟悉了。他们眼中的赵老师,直爽、开朗、乐观、大度。他总为年轻人营造不拘束的环境,他对超导史如数家珍,也爱“八卦”超导科学家的奇闻异事,让大家欢笑间掌握知识。通宵工作时,他拿钱让大家买吃的。有学生研究志向偏离了超导“主业”,他也支持学生按兴趣大胆研究。

  在当代从事高温超导研究的年轻科学家们眼里,赵忠贤虽然年事已高,却始终抱有一份执着和严谨。他既是良师,也是榜样。对赵忠贤来说,虽然已经荣誉满载,白发满头,但超导仍是他孜孜以求的永恒主题。做科研不仅是赵忠贤的“饭碗”,更是兴趣所在——用他的话讲,就是“快乐在于每天都面对解决新问题的挑战”。

  赵忠贤在中国科学院物理研究所举行的发布会上介绍小组成员 新华社记者 金立旺/摄

  纵观人类进步史和中华民族发展史,每个发展时期都充满人文科学和科学技术的创新。赵忠贤对于“创新”也提出了几点看法。“创新首先要‘解放思想’,必须要‘实事求是’。这对于社会科学和自然科学都是一样。继承前人,必须面对实际,在实践中总结、提高。‘解放思想’离开‘实事求是’,则成为幻想,或误入歧途。创新离不开实践,历史上任何一个重大发现都源于实践。人类的实践在不断发现新事物,只有在实践中总结分析前人、他人和自己的实践,‘坚持解放思想,实事求是’才能有所创新。”

  赵忠贤指出,创新需要民主的环境,要形成自由讨论的风气,“百花齐放,百家争鸣”。在中国,学术上的民主空气是不浓的,很少在学术会议上看到真正的学术辩论。对权威或有地位的人的论点,很少在会上听到不同意见,特别是年轻人的不同意见,更谈不上争鸣。而有些争论虽然很激烈,但又往往带有意气,把不同学术思想的争论变成了个人或不同单位之争。这距离“学术上是对手,平时做朋友”的正常学术争论的目标差得很远。科学与民主是不可分的。

  赵忠贤认为,创新需要一个安定的环境。中国安定团结的局面,从大的形势下为科学技术创新提供了良好环境。改革开放以来,是中国近代史上科学技术人员进行科学研究最好时期。这正是为什么中国科技有重大发展的原因。科学研究还应该有适合于其特征的小环境,在这方面还有很多问题,当然也只能在深化改革中求得解决。除经费不足之外,还有队伍的建设、科学的管理,包括正确的评价体系的建立,以及科学规划和选择研究课题的问题。

  “创新的决定因素是人。尊重知识则是尊重科学,尊重人类创造的文明成果,并继承和发展;尊重人才是尊重、爱护和发挥有真才实学人的作用。本领的重要表现是创新,是在创造性的实践中培养和造就的。”赵忠贤说,“杰出青年人才是在实践中、在所承担的重要工作中,通过创造性的工作而出的。对青年人创造新兴事物的能力的培养,主要是在教育。让青年人主动寻求新知识、新经验和新考验,在教学、实践中,学会和提高独立学习、观察事物和解决实际问题的能力。要在他们承担的重要责任中,在实践中造就一批人才,切忌‘娇生惯养’和‘拔苗助长’,因为这是绝对培养不出创新人才的。”

  “创新需要交流与合作。改革开放以来,中国科技工作者与国际交流规模是空前的,收获也是巨大的。面对经济、科技全球化趋势,必须要了解世界科学技术进展。”赵忠贤强调说。“创新不管大小,只有世界水平的创新,而不存在国内领先的创新。要创新就要了解世界,加强国内外交流,欢迎一切新的经验和进步,只有充分地继承了前人的先进成果,才能做到创新。即使引进必要的新技术,也有二次创新的问题,即增强自主创新的能力。交流并不是单向的,只有互惠才能推动和发展交流。谁的自主创造新兴事物的能力强,谁就会在交流中取得更大的益处。”

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  赵忠贤具有着强烈的爱国情怀和社会责任感。他深知自己的科研成果对于国家安全和人民福祉的重要性,因此始终将国家利益放在首位,致力于为国家的发展贡献自己的力量。在全球化的今天,国际视野与合作交流对于科学家来说至关重要。赵忠贤凭借广阔的国际视野和丰富的合作经验,热情参加国际学术交流与合作研究,不断的提高我国科研水平和国际影响力。

  赵忠贤不仅是中国科学院院士,同时也在多个领域担任着重要职务。在国际学术界,赵忠贤被选为第三世界科学院院士,以及国际陶瓷科学院院士,这显示了他在全球科学领域的影响力。作为世界科技工作者联合会副主席,他热情参加推动各国科技工作人员加强团结与合作。在中国科技组织中,赵忠贤曾担任超导国家重点实验室主任、中国物理学会副理事长、中国科学技术协会副主席、中国科学院数理学部主任、中国科学院学部咨询评议委员会主任、中国发明协会副会长等,为中国科技发展提供决策支持,在高端科技领域作出了突出贡献。

  身为中国第十五届中央候补委员,赵忠贤同样为国家建设作出了重要贡献。这些社会兼职不仅体现了赵忠贤的广泛影响力,也展现了他对于科学研究和社会责任的双重担当。作为第八、十、十一届全国政协委员,赵忠贤参加全国两会科技界委员座谈会,并围绕国家科技计划评价体系、中长期科技规划制定、863计划管理、增加科技投入、加强国家基础研究及促进科技成果转化等方面,提出意见和建议。

  针对中国职称评定工作曾出现的混乱情况,赵忠贤认为进行整顿是必要的。随着我们国家科研实力的增强,在由“跟跑”向“并跑”“领跑”转变过程中,唯论文的评价标准已明显不利于原创性重大成果的出现。在他的带领下,中国科学院物理研究所及时改革,于2009年6月废止论文奖励办法,实施了“国际评价”和“学术交流”相结合的考核评价方式,以“成果”论英雄。考核不数文章、不看影响因子、不看经费数量,而是强调成果质量和价值,看是否做到国际前沿、是否解决了重要学术难题、有没有重大原创性突破、是不是满足国家发展的策略需求。此举使得中国科学院物理研究所一项项重大突破性成果相继诞生。

  纵观赵忠贤人生经历显而易见,他的科研精神与爱国情怀始终相辅相成。正是有了对国家和人民的深厚情感,他才能在科研道路上勇往直前、不断突破。以默默耕耘来迎接高温超导研究一项项新突破的到来。同时,其科研精神也激励着无数年轻人投身科学技术事业、为国家的发展贡献自己的力量!

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