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最牛的超導研究,趙忠賢:最真的超然人生

時間:2024-10-22 08:01:00

1911年,荷蘭物理學家昂内斯意外地發現,将汞冷卻到4.2K時,汞的電阻突然消失。兩年後,他的這一“超導”發現獲得諾貝爾獎。

2017年1月9日,北京人民大會堂。趙忠賢憑借超導領域的研究站上國家最高科學技術獎的領獎台。

在許多人眼裡,趙忠賢就是個帶着東北口音的逗趣老爺子。走近趙忠賢,對“超導”、對“生命的阻力”,會有新的認識。

“醒得早”的“北京的趙”

超導臨界溫度很低,廣泛應用受到影響。正因如此,超導競賽一直在全世界悄悄進行着,吸引了無數科學家的目光。

科學家麥克米蘭根據獲1972年諾貝爾獎的BCS理論計算,認為超導臨界溫度最高不大可能超過40K,他的計算得到了國際學術界的普遍認同,40K也因此被稱作“麥克米蘭極限”。

1974年2月,趙忠賢到英國劍橋大學冶金與材料科學系超導組進修。在劍橋大學,他的指導老師艾維茲博士提出了一個供他選擇的研究範圍,于是他開始了有關第Ⅱ類超導體中磁通流動問題的研究。在不到一年的時間裡,趙忠賢發現了第Ⅱ類超導體量子磁通線在不可逆運動過程中,從非線性區到線性區轉變的臨界點和臨界電流呈線性關系。

1975年9月,趙忠賢回國。兩年後,他在《物理》雜志上撰文,指出結構不穩定性又不産生結構相變可以使臨界溫度達到40—55K,并提出複雜結構和新機制在某些情況下甚至可以達到80K。挑戰由經典理論推導出的麥克米蘭極限,以至于當時不少人認為“趙忠賢膽子實在是太大了”。

那場争分奪秒的超導競賽中,趙忠賢團隊在極端落後的實驗條件下夜以繼日地工作,撸起袖子加油幹。沒有設備,趙忠賢就帶領團隊用“淘”來的閑置品改造,他戲稱為“土炮”,連燒樣品的爐子都是自己動手制的。“别小瞧我這‘土炮’,管用着呢!”盡管條件艱苦到在被窩裡捉老鼠,但趙忠賢仍舊樂觀地認為,自己的相對劣勢沒有那麼大。

科學研究是一項需要極大毅力的工作。也許是對“阻力”有更深刻的了解,趙忠賢不喜歡渲染研究中所遇到的困難。“相對于其他科學研究來講,超導材料探索不需要特别高級複雜的儀器,我願意充分利用現有條件去研究。”

多少個不眠之夜,反反複複的試驗,累了,趙忠賢就在椅子旁和桌子上靠一靠;餓了,就煮面條。在最困難的時候,他和團隊成員相互鼓勵:“别看現在這個樣品不超導,新的超導體很可能就誕生在下一個樣品中。”終于,1986年底,趙忠賢的團隊和國際上少數幾個小組幾乎同時在镧鋇銅氧體系中獲得了40K以上的高溫超導體,一舉颠覆被奉為圭臬的“超導臨界溫度最高不大可能超過40K”的麥克米蘭極限!傳統理論崩塌,世界物理學界為之震動,“北京的趙”在國際著名科學刊物上嶄露頭角。

與此同時,趙忠賢團隊還發現了70K的超導迹象,這已經離77K液氮溫區不遠了。由于當時沒人能夠重複70K迹象,海外有學者質疑中國的結果,來信和打電話施壓。

後來經過反複思考試驗,趙忠賢意識到:由于實驗樣品用的原料含有很多雜質,70K迹象的出現可能是雜質發揮了某種作用。頂着巨大的壓力,趙忠賢并沒有放棄,他開始主動“引入雜質”。趙忠賢清楚地記得,就在1987年2月19日深夜,他們團隊在鋇钇銅氧中發現了臨界溫度93K的液氮溫區超導體!23日,他們研制出第二批樣品,由此證明了制造工藝的可重複性。24日,中國科學院數理學部舉行新聞發布會宣布了這一發現,并在世界上首次準确公布了材料的組成成分。

他成功了!趙忠賢等人的發現使得超導體低溫環境的創造由原本昂貴的液氦替代為便宜而好用的液氮。從此,在全世界範圍刮起了液氮溫區超導體的旋風。趙忠賢所在集體因此榮獲1989年度國家自然科學集體一等獎,他也作為團隊代表獲得了第三世界科學院物理獎。

無論是經曆輝煌,還是面對低谷,趙忠賢都能保持一份平和的心态,繼續潛心研究,厚積薄發。也是這種對科學的孜孜以求,讓趙忠賢在20年後再次引領世界熱潮,收獲了超導研究的第二次突破,創造了大塊鐵基超導體55K最高臨界溫度紀錄并保持至今。

意外“落選”背後的擔當

從1994年到2000年,趙忠賢一直擔任中科院數學物理學部的主任。2004年,中科院成立學部咨詢評議委員會,趙忠賢當選為首屆主任。該委員會承擔着向國家提交咨詢報告的重任。讨論題目、聽取院士的意見、組織院士們就中長期科學規劃作咨詢……當主任的他忙得不可開交,經常是當天晚上到一個地方,第二天上午聽取意見後就乘飛機離開。可趙忠賢覺得很充實,因為這是他應盡的義務。與此同時,身為著名的超導專家,趙忠賢在中科院物理研究所國家超導實驗室的研究工作也沒有放松。

多年來,趙忠賢感到有一個問題是不容忽視的,就是一線科研人員負擔太重。“雖然經常加班加點,但真正能用在科研上的時間還是太少。”趙忠賢認為這主要是由于兩個原因造成的:一是科研管理要一線科技人員成為“多面手”。科研人員什麼都得會幹,如采購、财務、統計等。二是客觀環境需要應付各種非學術的事情。“各種非學術會議,很多雜事也需要一線人員去辦,包括鑒别發票真僞。我們都知道搞科研必須要全身心地投入,要廢寝忘食才能有所成就,甚至需要有‘不食人間煙火’的‘怪人’,能連續一段時間靜下心來是極為必要的。太世俗了,很難做出原創性的成果。”趙忠賢說,如何為科技人員服務、減輕他們的負擔、激發潛能、調動主觀能動性和創造性,是當前最重要的事情之一。他希望國家認真研究,完善科研管理,創造讓科研人員不受幹擾、潛心研究的寬松環境。

2006年6月,在中科院數學物理學部常委會的換屆選舉上,常委會委員候選人趙忠賢意外“落選”了。其實,他的“落選”是“自找”的。三天前,在向大會報到時,他得知自己将被學部的院士們推舉為常委,于是給學部寫了一封“陳情書”,請求院士們不要推選自己當常委。趙忠賢的理由很簡單:沒有那麼多的時間。

數十年的研究生涯中,不論物理學界熱點如何變換,趙忠賢都一直初心不改,隻踩着超導發展的節律前行。自上世紀80年代的銅氧化物高溫超導浪潮到本世紀初的鐵基高溫超導熱流,他總是能在其突破點上迅速斬獲,引人注目,讓人敬畏。

趙忠賢非常注意給年輕人創造機會,使他們能有機會脫穎而出,包括盡可能相對獨立地開展工作,參加國際交流,學術平等、寬松,加強與所内外,國内外的合作等。每個參加國際會議的人都要總結會議情況并給全室介紹。

“超導研究經常要自己磨樣品,在毫米量級甚至更小的材料上接引線,這些活年輕人才能做。”趙忠賢解釋說,自己眼也花、手也抖,要說還在科研一線工作已不符合實際。他風趣地跟團隊成員們開玩笑說:“在老年癡呆之前,我還能幫着你們出出主意,探讨一下科研方向,一旦發現我出現了老年癡呆的前兆,你們必須馬上提醒我閉嘴。”在他衣兜裡,時常揣着一個小本,随時記錄研究思路,“現在年紀大了,有什麼想法得趕緊記下,怕忘記了。”

超越的不隻是科研前沿

趙忠賢在國際超導界享有盛譽:1997年擔任第5屆國際超導大會主席,2011年擔任第26屆國際低溫物理大會主席,2018年還将擔任第12屆國際超導大會的主席。趙忠賢自己從未想到,有一天他會成為國際物理學界代表中國的符号,并是國家科學技術獎勵大會的“常客”。

在趙忠賢看來,得獎從未被當作研究的目的。“我做研究從來沒想過拿獎,從來沒有。至于諾貝爾獎,有這個情結也挺好,但别太過了,畢竟諾貝爾獎并不是唯一的科學标準,不能把它當作科學研究的唯一目的,也不是所有重大的科學研究成果都能拿到諾貝爾獎的。”多年從事超導研究,趙忠賢在不懈的追求中體驗着人生的“超導”狀态。對于他而言,超導已不僅僅是科學研究的一個領域,更是人生旅程的一種超然境界。

有人問趙忠賢:“你搞的高溫超導研究很枯燥吧?”他說:“我沒感到枯燥。因為我每研究一段時間後就能看到新的東西,也就是一個嶄新的世界。每個人的幸福感覺不一樣。我能夠看到嶄新的世界,我就感到很幸福,很高興。雖然有時生活苦一些,幹活累一些,但做我自己願意做的事,我就感到很快樂。”

趙忠賢是個很有情趣的科學家,他喜歡詩詞,喜歡書法。他收集了許多詩詞、書法和考古方面的書籍,這是他的一項業餘愛好。他也愛好音樂,他喜愛莫紮特、威樂第的音樂,也喜愛中國的小提琴協奏曲《梁祝》和王立平創作的《紅樓夢》曲目,而且很自豪地将中國的民族音樂推薦給外國朋友聽,“有些人覺得好聽,有些人……我看他也聽不懂。”

他不僅在科學研究的領域給我們的社會創造了許多财富,而且他的人生經曆與生活體驗同那深奧的超導理論一拍即合,有着驚人的相似之處。到底是科研成就使他的人格更有魅力,還是他的個性魅力使那些看上去枯燥的科學理論平添了感性的光彩,我們不得而知。
   

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