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创新中国的60项科学成就:一场超导研究争夺赛
2009-08-31 科学时报 易蓉蓉/整理

  在生物无法生存的低温世界里,许多物质的性质会发生意想不到的变化,超导性便是其中之一。超导体具有极为丰富而奇特的物理化学特性:直流电阻为零、完全抗磁性和超导隧道效应(即约瑟夫逊效应)等。这些得天独厚的特性,可能在各种领域得到广泛应用。

  超导现象源于19世纪末20世纪初对低温世界的好奇。发现这一现象的荷兰物理学家卡末林·昂内斯是从氢和氦的液化开始的。1911年,昂内斯的学生霍尔斯特观察到起始转变温度4.2K(开氏温度,减去273即为摄氏度)的超导现象。

  1986年1月,国际商用机器公司(IBM)苏黎世研究实验室的瑞士科学家卡尔·亚历山大·缪勒和同事贝德诺兹在镧钡铜氧材料中观察到30K左右的起始转变温度。这一发现当年9月17日发表在德国《物理学》杂志上。

  中国、日本和美国科学家都分别注意到这个方向,由此开始了一场超导研究争夺赛。

  1986年11月初,东京大学教授北泽宏一的助理高木英典建议将重复这项实验作为本科生毕业论文的课题。同年11月6日,本科生金泽尚一成功地用磁测量证实了实验结果。这是国际上首次独立证实贝德诺兹和缪勒的成果。东京大学的研究迅速全面展开。

  1986年11月6日,刚读到文章的美国休斯敦大学教授朱经武立即组织人员开始试验。11月25日,他们甚至在镧钡铜氧中观察到73K的超导转变。

  1986年9月底,后来的中国超导研究领军人物、当时还是中科院物理所助理研究员的赵忠贤也读到了刚发表的文章,10月中旬,他就联络几位同事开始了实验。12月20日,赵忠贤等人也在锶镧铜氧中得到起始温度48.6K的超导转变,并在镧钡铜氧中观察到70K超导迹象。他们的研究论文送到中科院的《科学通报》已是1987年1月17日。

  1986年12月27日,《人民日报》报道了我国发现70K超导体的消息。

  赵忠贤等人一度重复70K的超导迹象,尽管有人想掺杂和替换元素,但条件不佳,烧样品的炉子不够,低温测量也有困难,没能立即着手。1987年1月底,赵忠贤等人开始怀疑杂质问题——用较纯原料做出的样品,转变温度全在30K左右,而有70K迹象的样品所用的原料年头久、杂质多。当组里有人从《美国之音》听到朱经武发现90K超导体的消息时,他们放心了,这证明他们的工作是有道理的。

  1987年2月19日,赵忠贤小组在钇钡铜氧中发现了起始温度高于100K的超导转变。他们第二天就迅速写成论文寄出,21日就到了《科学通报》。2月24日召开新闻发布会,他们正式公布了成果和新超导体的成分,次日出现在《人民日报》头版。

  有评论认为,超导是一个高风险的基础科学如何进展的绝妙例子。短短一年多,超导起始转变温度提高到了100K以上。

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