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中国高温超导重大突破令世界震惊,磁悬浮、电厂均可应用
9月初,来自西南交通大学轨道交通实验室的高温利来老牌国际超导磁悬浮车亮相四川国际科技博览会,引发广泛关注。
高温超导是世界上最前沿的研究之一,它是具有相对较高临界温度的物质在液态氮环境下产生的超导现象。医院里的核磁共振成像、高能加速器、磁约束核聚变装置等都是超导的重要应用。2012年发现“上帝粒子”的欧洲核子研究中心大型强子对撞机中,几十公里长的超导加速环和多个有几层楼高的超导探测器都是最关键的部件。
对于高温超导的发展之路,中科院院士、物理学家赵忠贤说:“我们口袋里装着许多把钥匙,同时还在不断地制造出新的钥匙,其中一把能够开启科学之门。我们要做的,就是不懈努力,制造、修改每一把钥匙,直到打开这扇大门,解开未知之谜。”
起步,探索高临界温度超导体
2017年,赵忠贤获颁2016年度国家最高科学技术奖,表彰他在高温超导研究领域的成就, 以及对我国高温超导研究从起步、追赶、到跻身国际前列所作出的杰出贡献。我国高温超导之路,赵忠贤是亲历者。
世界超导研究开始于1911年,而我国的超导研究起步于20世纪50年代。赵忠贤于20世纪70年代中期决定从事探索高临界温度超导体的研究,并发表文章,提出“超导临界温度能够达到40K至55K”,在当时被认为是很大胆的观点。10年后,赵忠贤团队推翻了传统理论,向全世界证明超导临界温度是可以超过40K的,突破这一麦克米兰极限温度的超导体,被称作高温超导体,引发世界物理学界的震动。
这一阶段的研究对科学家来说是一段艰难的历程。没有设备,没有团队,没有经费。“热的时候坚持,冷的时候也坚持。”赵忠贤说。他与同事自己动手绕制烧结炉,将趁着大减价时淘换下来的“土炮”当作“重型武器”使用,才有了后来的成果。
中科院超导国家重点实验室研究员孙力玲与赵忠贤共事多年,她在接受科技日报记者采访时说,赵老师给她印象最深的就是他对科研方向的坚持,他真的做到了扎下根,决定一个方向然后就全力以赴。
1987年,赵忠贤团队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。国际同行开始关注中国科学家的研究,并称赵忠贤为“北京的赵”。
振奋,科研与人才双丰收
2008年,赵忠贤带领团队将铁基超导体的临界温度提高到50K以上,并将这一纪录保持至今,实现了高温超导研究领域的第二次突破。2013年,薛其坤院士团队在国际上首次实验发现量子反常霍尔效应,他和团队在薄膜氧化物界面高温超导领域的研究也被认为是重要进展。
薛其坤说,在长期的科研攻关中,让他最骄傲的,是团队里成长起来一大批年轻的科学家。“薛老师,量子反常霍尔效应出来了,等待详细测量。”量子反常霍尔效应发现后薛其坤收到的那条通知短信,来自他的学生常翠祖,这位年轻的博士现在已经是学界的新星。
业内人士认为,“近20年的时间里,世界上有不少国家对高温超导,特别是铜氧化物的投入大幅减少,但我国对于科学研究的持续支持,使得国内超导领域的人才和科研都有了较大的提升。”中科院物理所周兴江、清华大学王亚愚、北京大学王健以及上海交大贾金锋等青年科学家都被寄予厚望。高温超导的人才梯队已经形成。
改变世界,高温超导新期待
利用目前已发现的高温超导材料,研制相关设备,满足生产生活需求,让超导科技尽快造福人类,是我国科学家努力的重要方向。
在中科院物理所研究员郑东宁看来,超导的应用前景越来越光明,国内已经有电厂使用超导技术;国外,德国利用高温超导磁体的涡流加热技术,将铝材热加工的电能转化效率提高30%,日本已计划在2027年运行采用超导的时速500公里的磁悬浮列车。“一旦超导技术得到广泛的应用,将为人类创造相当可观的效益。”他强调。
高温超导乃至未来的室温超导一旦取得突破,超导的应用难度和成本将极大降低,从而对人类社会产生难以想象的影响。
超导研究已经在中国“土壤”深深扎根,如果有一天,超导又有新的突破,相信其中一定有中国人的身影,赵忠贤如是说。