上海最高时速达430公里的磁悬浮列车,中国首次登陆月球的“嫦娥三号”探测器……随着科技进步，超导技术已从实验室进入实际应用。今年年初问鼎国家自然科学一等奖的中科大陈仙辉教授，十年磨一剑——

探索超导未解之谜

　　■ 本报记者 桂运安
　　
　　超导是20世纪最伟大的科学发现之一，也是无数科学家着迷的科研领域。在超导现象发现100余年来，已有10位科学家获得5次诺贝尔奖。超导机理以及全新超导体的探索，已成为物理学界最重要的前沿问题。目前，在探索超导未解之谜中，中科大已跻身世界第一方阵。超导到底是什么，对生活有何影响？记者深入中科大采访，以揭开超导的神秘面纱。

　　令人惊叹的超导现象
　　
　　高温超导滤波器应用于手机，明显改善通信信号；使用超导磁体的磁共振成像仪器，为医生诊断病人病情提供准确依据；具备体积小、效率高、无污染等优点的世界首个示范性超导变电站，已在我国投入使用。随着科技的进步，超导慢慢改变着人类的生产、生活。
　　
　　高温超导，是指某些材料在温度降低到某一临界温度，电阻突然消失的现象，零电阻和完全抗磁性是超导的两大特征。1911年，荷兰莱顿大学的卡末林·昂内斯意外发现，将汞冷却到4.17K（-268.98℃）时，汞的电阻突然消失。由于这一伟大发现，他获得1913年诺贝尔奖。实际上，超导如同量子纠缠一般，既是物理世界中最奇妙的现象，又是当今物理学中最大的谜团之一。为何会发生超导现象？哪些材料具有超导特性？超导能应用到哪些领域？此后100多年来，无数科学家加入到探索超导未解之谜行列，又有9位科学家获诺贝尔奖。
　　
　　业内人士指出，超导材料和超导技术有着广阔的应用前景。比如，由于电阻的存在，当前高压输电会有很大损耗，而利用超导零电阻特性，将来可以制造不损失任何能量的超导电线。超导的完全抗磁性特征，则可以用来制造超导列车和超导船，这些交通工具能在悬浮无摩擦状态下运行，大大提高运行速度和安静性，并有效减少机械磨损。
　　
　　在超导研究中，中国起步稍晚。但在铁基超导领域，中国最先确立铁基超导体为新一类非常规超导体，激起新一轮铁基高温超导体研究热潮。中科院国家科学图书馆统计显示，世界范围内铁基超导研究领域被引用次数排名前20的论文中，9篇来自中国，其中7篇来自中科大陈仙辉小组和中科院物理所研究团队，表明中国铁基超导研究已走在世界最前沿。国际权威学术期刊《科学》曾刊发“新超导体将中国物理学家推到最前沿”的专题评述，称“中国如洪流般涌现的研究结果，标志着在凝聚态物理领域，中国已经成为一个强国”。

　　铁基超导的中国突破
　　
　　今年1月，中科大陈仙辉教授与中科院物理所合作完成的 “40K以上铁基高温超导体的发现及若干基本物理性质研究”，问鼎2013年度国家自然科学一等奖。该研究首次突破40K（约-233℃）麦克米兰极限温度，创造并保持55K（-218.15℃）铁基超导体临界温度最高纪录。13年来，这一奖项曾9次空缺。此次获奖，终结了该奖项连续3年空缺的局面。
　　
　　自上世纪80年代以来，中科大始终密切关注高温超导发展，并于1992年成立中科大超导研究所，为我国高温超导领域发展做出重要贡献。此次获奖的5位主要完成人中，有3位出自中科大。其中，陈仙辉中科大博士毕业，现为中科大教授；赵忠贤院士、王楠林研究员均毕业于中科大。 1968年，美国物理学家麦克米兰根据传统理论计算推断，超导体转变温度一般不能超过40K，这个温度被称为麦克米兰极限温度。多年来，麦克米兰极限一直未能突破，直到上世纪八十年代铜氧化物超导体的发现。这类材料转变温度高于40K，被称作高温超导体。 “但它们属于陶瓷性材料，复杂的制作工艺使其大规模应用难以实现。 ”陈仙辉说。 1992年，陈仙辉中科大博士毕业后，留校建立自己的实验室，从此踏上寻找新一类高温超导体的征途。
　　
　　机会总是垂青有准备的人。 2008年2月，日本科学家发现一种临界温度为26K（-247.15℃）的铁基新型超导材料。由于没有突破麦克米兰极限，不能确定是否为高温超导体。基于长期的积累，陈仙辉敏锐意识到，这是一个重要发现。于是，迅速成立攻关小组，仅一个月后，便在国际上首次获得临界温度达到43K（-230.15℃）的铁基化合物超导体，标志着人类发现新一类高温超导体。这项成果发表在国际权威期刊《自然》上，入选当年“世界十大科技进展”，论文迄今被引用次数超过900次，是我国物理学科近十年累计被引用次数最高的论文。

　　梦想背后的上下求索
　　
　　十年磨一剑，用在陈仙辉身上，再恰当不过。从博士毕业，到发现新一类高温超导体，他用了整整16年。这16年间，由于铜氧化物高温超导体研究陷入低谷，很多科学家纷纷转行，但陈仙辉依然坚守他的科学理想。“做科研，坚持和积累非常重要。只要坚持下去，出成果是迟早的事。 ”他坦言，而爱好和兴趣正是坚持的基础。厚积方能薄发，汇小川方成江海。随后，他在《自然》、《物理评论快报》等著名刊物先后发表多篇高质量论文，并在世界上率先发现稠环芳香烃类有机超导体，使得中科大超导团队跻身世界超导研究第一方阵。
　　
　　然而，很多人看到成功的光鲜，却不知背后的艰辛。“平时没有上下班之分，没有工作日和节假日之分，每当有了新的进展或想法，即使深更半夜，陈仙辉也会兴奋地跑到实验室。 ”中科大相关负责人介绍。对此，陈仙辉认为：“科学是严谨的，不能有一点马虎。对事业有激情，甘于坐‘冷板凳’，对新生事物保持好奇心和求知欲，这是做好科研的关键。 ”
　　
　　在中科大，陈仙辉是出了名的严师。对于实验数据，他的要求几乎苛刻。“陈老师的眼睛太毒！”在学生汇报研究进展时，只要有一点瑕疵，他立马就能看出来，学生常被问得如坐针毡。“在我的实验室能生存，在任何环境中都能生存。”陈仙辉笑言，虽然对学生要求严格，但绝不压制学生的学术思想。学生有什么科研想法，他常鼓励说 “可以试试”。十多年来，陈仙辉已培养了10名博士，大多已成长为学术骨干。其中，1982年出生的吴涛，已成为中科大最年轻的“80后”教授之一。
　　
　　重大科技成果的突破，需要“抱团作战”。“单打独斗，可能会出成果，但难以持续。 ”陈仙辉表示，科学研究是水涨船高，只有整体水平提升了，个人才能获得更大成就。“我的梦想，是发现常温超导体。”他展望说，有了常温超导，人类将能住在悬浮的超导屋里，坐上无轨无轮的超导车，手机充一次电能用好几个月，这将极大推动人类文明发展。

　　安徽日报2014年4月15日