1911年,荷兰物理学家昂内斯意外地发现,将汞冷却到4.2K时,汞的电阻突然消失。两年后,他的这一“超导”发现获得诺贝尔奖。
2017年1月9日,北京人民大会堂。中国物理学家赵忠贤院士,凭借超导领域的研究站上国家最高科学技术奖的领奖台。
半个世纪以来,赵忠贤的名字一直与我国超导发展紧密相连,他最早提出要探索高温超导体,最早建议成立国家超导实验室,他在高温超导研究中两次实现重大突破。
留学剑桥,“北京的赵”脱颖而出
1973年,经周恩来总理批示,我国一批年轻学生和学者被派往国外学习。次年2月,赵忠贤借此机会到英国剑桥大学冶金与材料科学系超导组进修。在剑桥大学,他的指导老师艾维兹博士提出了一个供他选择的研究范围,于是他开始了有关第Ⅱ类超导体中磁通流动问题的研究。
在不到一年的时间里,赵忠贤发现了第Ⅱ类超导体量子磁通线在不可逆运动过程中,从非线性区到线性区转变的临界点和临界电流呈线性关系。最初他的导师艾维兹博士对这一结果很怀疑,因为不知道有多少人做过测量和研究,怎么别人没发现。为了证明普适性,赵忠贤又从实验室可以找到的其他类型的材料做实验,这是被很多小组已经研究很透的合金,能否看到他在上述系统所观察到的现象是个考验,结果成功了。
对此,艾维兹博士说:“如果我的博士生能在三年内做出这样的结果,那就会令我非常满意了。”艾维兹推荐他到第十四届国际低温物理学会上报告,因当时的情况他不能去,由一位同事代为报告。
1975年9月,赵忠贤回国。随后几年,他的研究几度受阻,项目批不下来,甚至连“摊儿”都被解散了。但梦想总在冥冥中召唤,指引赵忠贤历经万难,初心不变。
1977年,赵忠贤在《物理》杂志上撰文,指出结构不稳定性又不产生结构相变可以使临界温度达到40—55K,并提出复杂结构和新机制在某些情况下甚至可以达到80K。挑战由经典理论推导出的麦克米兰极限,以至于当时不少人认为“赵忠贤胆子实在是太大了。”
那场争分夺秒的超导竞赛中,赵忠贤团队在极端落后的实验条件下夜以继日地工作,撸起袖子加油干。没有设备,赵忠贤就带领团队用“淘”来的闲置品改造,他戏称为“土炮”,连烧样品的炉子是自己动手制的。“别小瞧我这‘土炮’,管用着呢!”尽管条件艰苦到在被窝里捉老鼠,但赵忠贤仍旧乐观地认为,自己的相对劣势没有那么大。
多少个不眠之夜,反反复复地试验。累了,赵忠贤就在椅子旁和桌子上靠一靠;饿了,就煮面条。在最困难的时候,他和团队成员相互鼓励:“别看现在这个样品不超导,新的超导体很可能就诞生在下一个样品中。”
终于,1986年年底,赵忠贤的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,一举颠覆被奉为圭臬的“超导临界温度最高不大可能超过40K”的麦克米兰极限!传统理论崩塌,世界物理学界为之震动,“北京的赵”在国际著名科学刊物上崭露头角。
与此同时,赵忠贤团队还发现了70K的超导迹象,这已经离77K液氮温区不远了。由于当时没人能够重复70K迹象,海外有学者质疑中国的结果,来信和打电话施压。
后来经过反复思考试验,赵忠贤意识到:由于实验样品用的原料含有很多杂质,70K迹象的出现可能是杂质发挥了某种作用。顶着巨大的压力,赵忠贤并没有放弃,他开始主动“引入杂质”。
赵忠贤清楚地记得,就在1987年2月19日深夜,他们团队在钡钇铜氧中发现了临界温度93K的液氮温区超导体!23日,他们研制出第二批样品,由此证明了制造工艺的可重复性。24日,中国科学院数理学部举行新闻发布会宣布了这一发现,并在世界上首次准确公布了材料的组成成分。
他成功了!赵忠贤等人的发现使得超导体低温环境的创造由原本昂贵的液氦替代为便宜而好用的液氮。从此,在全世界范围刮起了液氮温区超导体的旋风。赵忠贤所在集体因此荣获1989年度国家自然科学集体一等奖,他也作为团队代表获得了第三世界科学院物理奖。
自找“落选”,科研人员不能太世俗
无论是经历辉煌,还是面对低谷,赵忠贤都能保持一份平和的心态,继续潜心研究,厚积薄发。也是这种对科学的孜孜以求,让赵忠贤在20年后再次引领世界热潮,收获了超导研究的第二次突破,创造了大块铁基超导体55K最高临界温度纪录并保持至今。
1987年,为适应国际超导研究的迅速发展,赵忠贤与其他科学家联名向国务院建议成立国家超导研究开发中心和国家超导实验室。1987年国家计委批准在中科院物理研究所建立国家超导实验室(后改为超导国家重点实验室)。实验室于1988年开始筹建,1991年4月通过验收,列入国家重点实验室管理系列。从1991年4月至2000年10月,赵忠贤担任超导国家重点实验室主任。
从1994年到2000年,赵忠贤一直担任数学物理学部的主任和常委委员。2004年,中国科学院成立学部咨询评议委员会,赵忠贤当选为首届主任。该委员会承担着向国家提交咨询报告的重任。讨论题目、听取院士的意见、组织院士们就中长期科学规划作咨询……当主任的他忙得不可开交,经常是当天晚上到一个地方,第二天上午听取意见后就乘飞机离开。可赵忠贤觉得很充实,因为这是他应尽的义务。与此同时,身为著名的超导专家,赵忠贤在中国科学院物理研究所国家超导实验室的研究工作也没有放松。
多年来,赵忠贤感到有一个问题是不容忽视的,就是一线科研人员负担太重。“虽然经常加班加点,但真正能用在科研上的时间还是太少。”赵忠贤认为这主要是由于两个原因造成的:一是科研管理要一线科技人员成为“多面手”。科研人员什么都得会干,如采购、财务、统计等。二是客观环境需要应付各种非学术的事情。“各种非学术会议,很多杂事也需要一线人员去办,包括鉴别发票真伪。我们都知道搞科研必须要全身心地投入,要废寝忘食才能有所成就,甚至需要有‘不食人间烟火’的‘怪人’,能连续一段时间静下心来是极为必要的。太世俗了,很难做出原创性的成果。”赵忠贤说,如何为科技人员服务、减轻他们的负担、激发潜能、调动主观能动性和创造性,是当前最重要的事情之一。他希望国家认真研究,完善科研管理,创造让科研人员不受干扰、潜心研究的宽松环境。
2006年6月,在中国科学院数学物理学部常委会的换届选举上,常委会委员候选人赵忠贤意外“落选”了。其实,他的“落选”是“自找”的。3天前,在向大会报到时,他得知自己将被学部的院士们推举为常委,于是给学部写了一封“陈情书”,请求院士们不要推选自己当常委。赵忠贤的理由很简单:没有那么多的时间。
数十年的研究生涯中,不论物理学界热点如何变换,赵忠贤都一直初心不改,只踩着超导发展的节律前行。自20世纪80年代的铜氧化物高温超导浪潮到21世纪初的铁基高温超导热流,他总是能在其突破点上迅速斩获,引人注目,让人敬畏。
不断超越,成为国际物理学界的中国符号
赵忠贤在国际超导界享有盛誉:1997年担任第5届国际超导大会主席,2011年担任第26届国际低温物理大会主席,2018年还将担任第12届国际超导大会的主席。赵忠贤自己从未想到,有一天他会成为国际物理学界代表中国的符号,并是国家科学技术奖励大会的“常客”。
在赵忠贤看来,得奖从未被当作研究的目的。“我做研究从来没想过拿奖,从来没有。至于诺贝尔奖,有这个情结也挺好,但别太过了,毕竟诺贝尔奖并不是唯一的科学标准,不能把它当作科学研究的唯一目的,也不是所有重大的科学研究成果都能拿到诺贝尔奖。”多年从事超导研究,赵忠贤在不懈的追求中体验着人生的“超导”状态。对于他而言,超导已不仅仅是科学研究的一个领域,更是人生旅程的一种超然境界。
有人问赵忠贤:你搞的高温超导研究很枯燥吧?他说,我没感到枯燥。因为我每研究一段时间后就能看到新的东西,也就是一个崭新的世界。“每个人的幸福感觉不一样。我能够看到崭新的世界,我就感到很幸福、很高兴。虽然有时生活苦一些,干活累一些,但做我自己愿意做的事,我就感到很快乐。”
曾经有一个年轻人,在中关村开了家公司,生意很红火,也挣了不少银子。突然有一天,这个年轻人感觉腻了。大学里他读的是物理系,他辗转找到赵忠贤,说:“赵老师,我不想在生意场上混了,我想跟着您搞科研。”赵忠贤笑了笑,说:“做科研可是一件很苦很累的事情呀,你能坚持吗?”这个年轻人很坚定地说:“放心吧,赵老师!给我三个月时间,我会做给您看!”赵忠贤用质疑的目光看着他,说:“不用三个月,你能坚持一个月就可以了。”随后,赵忠贤让他做一个简单的小课题,结果是不到20天他就受不了,临阵脱逃。原来,每天他一个人待在冷清的实验室里重复着枯燥、单调的实验程序——烦了,又没个人陪他说话、聊天,他自然也就干不下去了。赵忠贤清楚,做科研不可能成为这个年轻人的最佳选择。
身材魁梧,声音洪亮,性格里透着东北人的直爽和幽默。如今,年已高龄的赵忠贤头发花白,科研仍然是他的一项乐事。即使在周末,也时常能在实验室里看见他的身影。别人说赵忠贤为科学付出了一辈子,赵忠贤却说,“没有觉得自己做科学是在付出,因为我喜欢。”
在国际上获得广泛公认,随之而来的是他的处境完全可以变得更好。但是,当国务院领导过问他有什么困难的时候,他却对领导说,我没什么困难,吃喝照旧,工作照旧。
赵忠贤是个很有情趣的科学家,他喜欢诗词,喜欢书法。他收集了诗词、书法和考古方面的书籍——这是他的一项业余爱好。“我喜欢书法,更愿意欣赏别人的字。在外出差,有时会抽空买几本字帖,也是一种享受。”在诸多书法大家的作品中,他偏爱米芾的字。问其缘由,他笑言:“可能是自己不喜欢写得整整齐齐的字吧。”
“我在念书的时候,不管是大学中学还是小学,都喜欢玩。小学时候我吹号,就是解放军号兵吹的那种号。到了高中我就吹西洋的号。”他爱好音乐,他喜爱莫扎特、威乐第的音乐,也喜爱中国的小提琴协奏曲《梁祝》和王立平创作的《红楼梦》曲,而且很自豪地将中国的民族音乐推荐给外国朋友听,“有些人觉得好听,有些人……我看他也听不懂。”
在赵忠贤的书架上,摆着一张十分显眼的照片。照片上,他身着红白色滑雪服,双臂夹紧滑雪杆,身体微屈向前。就像做科学研究,这位“北京的赵”喜欢挑战——前几年身体状况比较好时,对于滑雪、漂流等年轻人喜欢玩的刺激运动,赵忠贤有时也会去体验一把,因为他始终觉得“自己的心理年龄还很年轻。”他说,其快乐恰恰在于,那些新问题带来的挑战。他打了一个比方:我们口袋里装着许多把钥匙,同时还在不断制造新的钥匙,而其中只有一把,能够开启科学之门。他要做的,就是通过不懈努力,制造、修改每一把钥匙,直到打开这扇大门。