趙忠賢院士頭上頂著諸多光環(huán)—2016年度國家最高科學技術獎、兩次國家自然科學獎一等獎、兩次國家自然科學獎二等獎、第三世界科學院物理獎,以及國際超導領域的重要獎項馬蒂亞斯獎。
他是我國高溫超導研究的奠基人之一,50年來癡迷于高溫超導研究,將我國的超導技術從一窮二白提升到了世界之巔。
76歲的趙忠賢并沒有躺在功勞簿上睡大覺,依然帶著團隊成員,包括他的4名學生活躍在實驗室。他對名利看得很淡:“說實話,我做科研從來沒想過要拿獎,拿獎只是順帶的結果?!薄吧狭藲q數(shù),如果大家說‘這老頭還不錯’,我就很高興了。”
趙忠賢生于遼寧,從中科大畢業(yè)后進入中科院物理研究所工作。1976年,他將自己的研究集中在了高溫超導領域。趙忠賢平時話不多,但只要說起老本行超導,他的話匣子就打開了。
超導是指某些材料在溫度降低到一定數(shù)值時電阻會突然消失。具備這種特性的材料,被稱為超導體。但最讓科學家頭疼的是,超導現(xiàn)象一直與極低的溫度密不可分,很多材料雖然有可能變?yōu)槌瑢w,但它們的臨界轉(zhuǎn)變溫度實在太低,接近絕對零度(-273℃)。1968年,美國物理學家麥克米蘭斷定,傳統(tǒng)超導體的臨界轉(zhuǎn)變溫度只能達到39K(-234℃)。39K在物理學界被稱為“麥克米蘭極限”。
趙忠賢年輕時就有股初生牛犢不怕虎的沖勁兒。1977年,36歲的趙忠賢在《物理》上撰文稱,臨界轉(zhuǎn)變溫度可以達到40~55K,甚至80K?!爱敃r大家都認為是天方夜譚?!?/p>
1986年4月,瑞士科學家柏諾茲和穆勒發(fā)現(xiàn)鋇鑭銅氧化物在35K時出現(xiàn)超導現(xiàn)象。趙忠賢看到相關論文后,敏銳地察覺到這可能是一個突破口。1986年12月,趙忠賢在用鋇鑭銅氧化物重復得出了柏諾茲和穆勒的結果之外,同時看到了70K條件下的超導現(xiàn)象,這一結果立即引起了國際上的關注和震動?!霸诳茖W研究中,如果一個實驗成果不能重復,那么即便它真實存在,也會被認為站不住腳?!庇捎诋敃r沒人能夠重復得到這一結果,海外有學者對此表示質(zhì)疑。
“只能想盡辦法,力爭重復實驗結果。”那段日子趙忠賢心力交瘁。“壓力真的很大,甚至有學者說讓我們收回公布的結果?!彼杏X自己一個月內(nèi)頭發(fā)都白了很多。
1986年到1987年間,他最長有4個月沒有回家,吃、睡都在實驗室,晝夜不停地干。“當時整晚不睡覺,像打了雞血一樣。”
“當時我們的條件真的很差,連個像樣的爐子也沒有。我用從別處淘回來的廢舊設備自制了一臺液壓器,我管它叫土炮?!?/p>
他做樣品用的材料也是1956年生產(chǎn)的,雜質(zhì)很多。但沒想到,正是因為有雜質(zhì),讓他“因禍得?!?。趙忠賢意識到,鋇鑭銅氧化物中出現(xiàn)的70K超導現(xiàn)象很可能是因為受稀土材料中雜質(zhì)的影響。于是,他采用摻雜和替換的方式制備樣品。
1987年2月19日深夜,趙忠賢在釔鋇銅氧中發(fā)現(xiàn)了臨界轉(zhuǎn)變溫度93K的液氮溫區(qū)超導體,而且實驗結果可以重復。整個實驗小組的人喜極而泣。此時,他已經(jīng)48個小時沒有睡覺?!斑@是一個世界級突破。從-268.8℃的液氦溫區(qū)提高到-196℃的液氮溫區(qū),意味著制冷難度和成本的大幅度降低。液氮的價格只有液氦的幾十分之一,可以像用熱水瓶打水一樣一打大一瓶?!?/p>
1987年2月24日,中科院召開新聞發(fā)布會,宣布了趙忠賢的重大發(fā)現(xiàn),趙忠賢一戰(zhàn)成名。
1987年3月18日晚,美國物理學年會在紐約舉行,46歲的趙忠賢作為5名特邀嘉賓之一做了20分鐘的報告。這是那個年代中國科學家在國際舞臺上少有的亮相,這也標志著中國的高溫超導研究已躋身世界前列?!爱敃r我到酒店之后有很多留學生找到我,說在這樣的國際會議上能看到中國專家的身影,真的很激動。”
最終,因為將超導材料臨界轉(zhuǎn)變溫度從液氦溫區(qū)提高到液氮溫區(qū),趙忠賢于1989年獲得國家自然科學一等獎。
然而在這波熱潮過后,超導研究卻陷入低潮,更理想的高溫超導體不知該去哪里尋找。趙忠賢的團隊坐了20年的“冷板凳”,很多人離開了超導研究,有人下海,有人調(diào)整了研究方向。
但趙忠賢不急不躁。他說,搞研究就像打麻將。打麻將你不見得每一次都能和,搞科研也是這樣。每天總感覺更接近真理,多有意思?!拔蚁硎苤憧蒲械臉啡?,并且我們還經(jīng)常能‘和牌’。”
2008年3月28日,他又“和牌”了—經(jīng)過長達數(shù)年的實驗,臨界轉(zhuǎn)變溫度52K的鐠鐵砷氧氟做出來了,團隊成員非常興奮。“不僅是臨界溫度從26K升到52K,突破了麥克米蘭極限,而且這意味著時隔20多年之后,高溫超導材料終于有了銅氧化物家族之外的另一新成員。”
在趙忠賢的書架上,擺著一張十分顯眼的照片。照片上,他身著紅白色滑雪服,雙臂緊夾滑雪桿,正在滑雪。雖然已76歲高齡,但這位院士從來“不服老”,他喜歡挑戰(zhàn)和刺激,除了滑雪,他還喜歡漂流、打球。
很多人不知道,這位治學嚴謹?shù)目茖W家在音樂上也有很深的造詣。他會吹小號、拉手風琴,跟很多音樂家有著深厚的友誼。中國的音樂作品有兩個他特別喜歡:一個是小提琴協(xié)奏曲《梁?!?,另一個就是王立平為《紅樓夢》作的曲。國外的音樂家,像莫扎特、威爾第的作品他也很喜歡?!拔矣X得科學和音樂都需要創(chuàng)造?!壁w忠賢說。