上世纪80年代末90年代初,中、美、日三国科学家的“超导大战”至今仍让人记忆犹新。在那场“大战”中,中国科学院物理研究所超导研究团队不分昼夜地在实验室工作,
看到这个标题不必惊讶,我认为对于三星这样一家“财大气粗”的韩国公司来说,这是极有可能的事。只不过关于科技公司涉及汽车制造,财大气粗 三星造电动汽车靠谱吗?我们听���的更多是苹果与Google,一家瞄准了车内互联,一家迷上了自动驾驶。殊不知,核相仪在我们嘴边挂着的这些科技巨头中,*有“资格”去造汽车的,其实是三星。
中美日超导大战 **者天天换困得实在受不了了,就在桌子上躺一躺或在椅子上靠一会儿打个盹儿,醒了继续做实验。那时,他们研究的是铜氧化物高温超导体。
正是在这一波研究热潮中,物理所科研人员开创性地使用了便宜而好用的液氮替代昂贵的液氦来实现超导转变温度,为超导研究和应用开辟了一片崭新的天地,大大方便和加速了全世界的高温超导研究。
时隔20年后,日本科学家发现在临界转变温度为26K时,中美日超导大战 **者天天换铁砷化合物具有超导电性。以物理所和中国科技大学为代表的中国科学家们则发现一系列高于麦克米兰极限温度的铁基超导体,使之成为**个高温超导家族。他们还创造了铁基超导体临界转变温度的世界纪录。
当被问及成功的秘诀时,他们的回答是:坚持。
在铜氧化物高温超导体突破了麦克米兰极限温度以后,全世界科学家对超导材料的探索一度陷入迷茫,国际上的相关研究进入低谷。在各种学术期刊,特别是那些高影响因子的期刊上发表高温超导论文变得愈发困难。
国内的高温超导研究也因此受到了影响,有些研究人员在数次碰壁后纷纷转到其他领域,很多团队都不得不解散。物理所和中国科技大学的超导研究团队却一直抱着对超导科学的渴求,坚守着这块阵地,持之以恒地进行着实验,无数次的制备、观察、放弃、重新开始……
于无声处听惊雷。沉寂是在新事物出现之前免不了的一个阶段。“热的时候坚持,冷的时候也坚持;钱多的时候坚持,钱少的时候也坚持。”
二三十年的不懈探索,这支队伍在铁基超导材料的探索中掀开了新篇章,创造了中国超导又一个新奇迹,使超导界的未来之路又变得光明起来。
正如《科学》杂志在一篇题为《新超导体将中国物理学家推到*前沿》的文章中所说:“中国如洪流般不断涌现的研究结果标志着在凝聚态物理领域,中国已经成为一个强国。”
“爷爷,磁悬浮火车是谁发明的呀?”“轨道上得安多少磁铁?”
在孩子们的眼里,应中国科技馆之邀向他们进行超导科普的中科院院士赵忠贤,俨然成了一个魔术师。
“这个现象是个物理现象。超导体是宏观的量子现象。以后还要找到不用液氮降温,在室温就能用的超导体。你们愿意去找吗?”
“愿意……”
让孩子们也为之着迷的超导是物理世界中*奇妙的现象之一。超导作为宏观量子态具有极为特殊的物理性质和极大的应用潜力,特别是在能源方面。有人认为21世纪电力工业的技术储备有两个,一个是超导,另一个是智能电网。正是因为超导的特殊性,世界上很多物理学家都在为寻找更高温度下的超导材料而努力。
1911年,荷兰科学家发现水银在极低温条件下的超导性,开辟了科学研究的新领域;1986年,德国科学家与瑞士科学家发现了临界转变温度为35K的铜氧化物超导体,很快包括中国科学家在内的研究团队将铜氧化物超导体的临界转变温度提升到液氮温区以上,突破了麦克米兰极限温度,使其成为高温超导体。时隔20年后,日本科学家发现铁砷化合物的超导性,中国科学家又发现一系列高于传统超导体极限临界温度的铁基超导体,使之成为**个高温超导体家族。
突破禁区的铁基超导研究
“如果有**,超导又有新的突破,我相信一定有中国人的身影。”
超导是20世纪*伟大的科学发现之一超导电性的简称,指的是某些材料在温度降低到某一数值以下时,电阻突然消失并且不能被磁场穿过的现象。这样的材料称为超导体,而这个温度称为超导临界温度,或超导转变温度。
令科学家困扰的是,超导体的转变温度不能超过40K(约零下233摄氏度),这个温度也被称为麦克米兰极限温度。
2008年以来,在日本科学家发现铁砷化合物的超导性之后,以中国科学家为主发现了一系列新超导体,它们都是以铁为关键超导元素,转变温度可以到达40K以上。这些超导体统称为铁基高温超导体。
“过去探索高温超导的人都怕铁,只要有铁,这个系统的临界温度就高不了。”赵忠贤告诉记者,铁基化合物由于其磁性因素,曾一度几乎被无数国际**物理学家断言为探索高温超导体的禁区。
“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完全一致,能出现26K的超导性立刻引起了我们的共鸣。”据赵忠贤介绍,基于长期的相关研究,他们认为在某些有特殊自旋和电荷有序性质的层状结构体系中可能存在高温超导体,并一直不懈探索。此前,物理所就有几个小组研究有关材料的结构、磁学性质和超导性问题。
3月25日,正当国际物理学界对铁基超导体是不是高温超导体举棋不定时,中国科技大学陈仙辉研究组在SmO1-xFxFeAs体系常压下发现超导转变温度为43K的超导电性;3月26日,王楠林、陈根富也独立发现了41K的CeFeAs(O,F)新超导体。这些结果突破了传统超导的麦克米兰极限(40K),证明铁基超导体是除铜氧化物之外的又一类非常规高温超导体。这一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。
基于多年积累和直觉,赵忠贤组采用轻稀土替换和高温高压合成技术高效制备了一大批不同元素构成的铁基超导材料并制作了相图,他们不仅率先使转变温度突破了50K,并发现了一系列50K以上的超导体,也创造了55K的铁基超导体转变温度纪录。国际物理学界认为这就形成了**个高温超导家族。