开创超导研究“起速度”

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  “并不是说其他国家的科学家没有意识到这个机会,只是中国科学家最快做出了反应。”中国科学技术大学陈仙辉教授在谈及超导研究中说到。从捕捉信息到成果发表,陈仙辉只用了3个月的时间,他的速度似乎颠覆了人们对于基础研究“十年磨一剑”的印象。
  
  一项突破“极限”的研究
  
  今年2月,东京工业大学的研究人员最先发现一种新型超导材料——氟掺杂镧氧铁砷化合物,它的临界温度为26K(零下247.15℃)。而此前,科学家知道的惟一一类高温超导材料就是铜氧化物。
  “实实在在地说,确实是日本人在二月份最先发现了新型超导材料,但是26K的临界温度并没有突破麦克米兰极限。”陈仙辉解释说,超导是物质在一特定的温度下体现出的特别现象,主要表现在电阻在一定的温度下完全消失,变为零,使导电没有任何阻力,实现“无阻载流”,因此可以无损耗的产生稳定磁场。麦克米兰曾经断定,传统超导临界温度最高只能达到39K,被称为麦克米兰极限。
  短短的一个多月之后,中国科学技术大学陈仙辉研究组和物理所王楠林研究组分别独立发现超过40K的非铜氧化物超导体,突破麦克米兰极限,证实该类超导体为非传统超导体。4月初,赵忠贤院士领导的研究小组发现,压力环境下合成的无氟缺氧钐氧铁砷化合物超导临界温度可进一步提升至55K。
  
  一种满负荷工作的“常态”
  
  超导较早在很低的温度被发现,用液氦压缩制冷,温度可达到零下270℃以下。但由于液氦资源缺乏,使其运行成本一直居高不下。上世纪80年代末,科学家们发现了高温氧化物超导体,可以用比较廉价的液氮替代液氦,在空气中70%是氮气,因此使用起来既方便也便宜。现在全球超导界的科学家都在致力于寻找新的超导材料,提高临界温度,最理想的状态是能够在室温下实现超导,这样在输电过程中损耗的电能便能大大地减少。
  “许多科学家评论,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。”4月25日出版的《科学》杂志对我国的超导研究发表了毫不吝啬的赞美,这其中当然少不了陈仙辉的工作。
  从2月19日到3月25日这短短的一个月零几天,陈仙辉的研究小组处于忙碌紧张的工作状态,这段时间每天都要工作到深夜。当然,最主要靠的还是长年工作和实验的积累,如果没有大量的积累,就不可能敏锐地捕捉到有效的信息,也不可能这么快就有成果。
  正在攻读博士学位的吴涛,本科高年级就进入了陈仙辉的实验室。在他看来,对陈老师来说,没有上下班之分,没有工作日和周末之分,每天满负荷的工作早已成为“常态”。如果学生做实验有什么发现,即使是深夜,陈老师也会兴奋地跑到实验室来。
  
  一股执著20年的求知欲望
  
  陈仙辉很“信奉”丁肇中先生曾经说过的一句话,“为了名和利去做科学是很危险的,为了得诺贝尔奖而搞研究是得不了诺贝尔奖的”。
  言谈中,陈仙辉露出了科学家朴实而幸福的微笑。作为超导的研究者,陈仙辉觉得自己很幸运,因为他赶上了上世纪80年代和最近超导领域的两次高潮。1986年,高温超导体的研究取得了重大的突破。掀起了以研究金属氧化物陶瓷材料为对象,以寻找高临界温度超导体为目标的“超导热”。全世界有260多个实验小组参加了这场竞赛。当时陈仙辉还是研究生,既在化学系做材料方面的实验,又师从吴杭生院士学习物理的超导理论,两方面的背景使他自然而然地选择了研究高温超导的方向。
  陈仙辉有着超强烈的求知欲望,而在超导领域搞研究,他可以自由支配时间,做任意想做的事,不断地迎接意想不到的结果。就是这种力量,使他一干就是20多年。
  目前,陈仙辉承担和参与的项目有科技部重大科学研究计划项目“关联电子体系量子规律探索与调控”、国家自然科学基金委员会重大项目“强关联电子体系的量子相变及反常物性研究”、国家自然科学基金委员会面上项目“钴基氧化物的低温物理性能研究”、科技部973项目“超导新材料探索”、国家自然科学基金委员会创新研究群体科学基金。陈仙辉认为,现在我国国力增强了,他们的工作得到了很多部委有力的支持,实验条件也有了很大的改善。他想把握好这个契机,做出温度更高的超导材料,在能源日益缺乏的今天,为节能做些事,为国家作出更大的贡献。
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