简体 繁體
0

30年前已并肩美日 这蹬板车中国人竟得国家最高科技奖(组图)

已读 81 次 - - 科教 - 来源:学术中国微信号
字体: . .

国家最高科学技术奖、国家自然科学奖、国家技术发明奖、国家科技进步奖和国际科技合作奖五项大奖结果公布,赵忠贤和屠呦呦共同获得2016年度国家最高科学技术奖。


1月9日上午,国家科学技术奖励大会在北京人民大会堂举行。


国家最高科学技术奖是我国科技界最高奖项,同其它四个奖项不同的是,这个奖最终需要报请国家主席签署并颁发证书和奖金,足见其分量!

能摘取到这项桂冠的,也称得上是“万里挑一”了。这一奖项要求是科技成就卓著、社会贡献巨大,单看“巨大”这两个字就能想象它的评定是有多高水准了,以往获奖的都是“杂交水稻之父”袁隆平、“汉字激光照排系统之父”王选、“中国巨型计算机之父”金怡濂、“中国肝胆外科之父”吴孟超等等这样的科学巨匠。

每年在灿若繁星的众多科学家中最多也只能筛选出两名获奖者,有

时甚至“宁缺毋滥”——自2000年设立以来,有两个年份是完全空缺的,也就是无人获奖,有两个年份则只评选出了一名获奖者。

这次获奖的两位科学巨匠也是实至名归了。


对于大多数人来说,屠呦呦并不陌生,2015年,她以“从中医药古典文献中获取灵感,先驱性地发现青蒿素,开创疟疾治疗新方法”获得诺贝尔生理学或医学奖,成为第一位获得诺贝尔生理医学奖的华人科学家,在世界范围引起了不小的轰动。

赵忠贤是谁?

很多人对他未必了解,但熟悉高温超导领域的人肯定对他很熟悉——

曾多次获得国家自然科学奖、获得的国际奖项也是数不胜数,更重要的是,他让中国的超导技术跻身于世界强国之列,让世界看到了高温超导的中国力量!

他四十年只做高温超导这一件事,做到了蜚声世界。 “我这一辈子只做一件事,就是探索超导体、开展超导机理研究。”他说“如果我们的社会,每个人都持之以恒做一件事,很多问题都可以解决。”

1

那是科学史上一次罕见的竞争,竞争记录以月以日刷新着

1987年3月,美国物理年会正在举行,这是一个数十年来国际物理学界最令人兴奋的盛会。当会议主持人充满热情地介绍“这是来自中华人们共和国的科学家”时,在场的中国人都感到无比的自豪,说:“就像在奥运会上拿奖牌、升国旗一样激动。”

被介绍的中国科学家就是中国科学院物理所超导专家赵忠贤和陈立泉。他们是作为特邀代表出席会议的,他们的报告受到了热烈欢迎。中国代表的出席,既具有学术意义,又具有令人羡慕的殊荣,因为他们所代表的中国科学院物理所超导联合组与美国、日本等其他4个研究单位是世界上被公认为高临界温度超导体研究领域的先锋,并作出了杰出的贡献。

1100人的大厅里,挤进了3000多人,被高温超导突破吸引来的物理学家们挤满了整个会场,狂热的场面持续了7个多小时,报告一直持续到凌晨3点。


这场会议后来被称作“物理学界的摇滚音乐节”,赵忠贤代表中国物理学家从此走上了世界高温超导研究的舞台。就连赵忠贤自己也未曾想到,短短几个月里,他从一名物理所普通研究人员,变成了在国际物理学界代表中国的符号。

作为代表参加个高温超导的国际性会议就这么让人激动?

那当然!

首先说说什么是高温超导。

1911年荷兰科学家卡梅林.昂尼斯做了一个实验,他用液氦把水银降温,降到了极低的温度来观察水银的性质,当温度降到4.2K,也就是零下269度的时候,他突然发现,水银的电阻消失了,简直是“无心插柳柳成荫”,这是种新现象,卡梅林把它命名为“超导现象”,卡梅林也由此获得了诺贝尔奖。


这也是一种超级有用的研究。

我们身边就有很多超导的应用:

许多医院里用的1.5T和3T的核磁共振成像仪的核心部件是1.5特斯拉或3特斯拉的超导磁体;北美地区有几千台高温超导滤波器服务在手机基站上,与传统基站相比大大改善了通信质量;2012年发现“上帝粒子”的欧洲核子中心的大型对撞机中,几十公里长的超导加速环和多个有几层楼高的超导探测器都是最关键的部件;此外,它还在信息通讯、生物医学、航空航天等领域有着巨大的应用潜力,一旦超导技术得到广泛的应用,将为人类创造相当可观的效益。

可以说,在超导的领域,充满机会。

正因如此,超导竞赛在全世界悄悄地拉开了序幕,各国在超导领域展开激烈的竞争:

德国利用高温超导磁体的涡流加热技术,将热加工铝材的电能转化效率提高了30%;日本已计划在2027年开始运行新的新干线,采用的超导磁悬浮列车时速将达到600公里。

如果你觉得这些离我们很遥远,那就拿我们最身边的事情来举例:手机、电脑用久了会发热,手机充一次电很快就会耗光……有了超导,这些问题就都没了,大量电能不再会白白浪费在发热上。

然而,最早超导的发现都几乎产生于接近绝对零度的环境中,这怎么应用于日常生活?除非你生活在超低温度中。

于是,一些科学家就产生了一种设想:我们能不能找到一些新的材料,让超导现象发生于更高的温度!

赵忠贤就是在寻找这种材料的科学家之一。

关于超导,赵忠贤也说,那是一种迷人的自然现象,导体被冷却到绝对零度(-273度)附近时,突然出现电阻完全消失,从而处于不耗电,不发热的状态,这是一个诱人的理想境界!它可以使电力更节省,电脑体积更小,火车时速大幅度提高……

自荷兰科学家首次发现超导现象以来,敏感的科学界便立刻表现出空前的热情。到了60年代便形成了一门低温超导技术,并在许多方面得到了应用。但是,为了更广泛的使用超导技术,寻找能在较高温度下工作的超导体,一直是各国科学家梦寐以求的目标。

然而,在长达74年的时间里,超导现象的产生仍然停留在23.2K(-250度)的低温下,这种局面一直僵持到1986年,这一年瑞士的一个研究小组在研究一种合金材料时观察到了35K之下的超导现象,这让高温超导领域为之一振,各国科学家都卯足了劲涌上去,赵忠贤和他的团队也及时跟进进行研究。

毕竟,抓住了高温超导就等于站在了未来技术革新的前沿。 “那真是科学技术史上一次罕见的竞争”,赵忠贤回忆道,世界范围内的超导热在短短几个月彷佛要融化掉那低温世界里的“坚冰”,竞争记录每月每日似乎都会被刷新:

从4月瑞士科学家的重大发现开始,12月,赵忠贤和他的同事便获得了48.6K的锶镧铜氧化物和46.3K的钡镧铜氧化物,并观察到了钡镧铜氧化物在70K时的超导现象;两个月后的1987年2月15日,美国科学家获得了98K液氮温区超导体,再次刷新纪录;美国这个纪录也仅仅保持了4天,就又被赵忠贤打破,他独立研制出起始转变温度100K以上的液氮温区超导体,“把科学界长期的梦想变成了现实”。


一时间,国内外的媒体对此都做了长篇累牍的报道,超导还没有从实验室真正走向工业就先走进了民间,而对于当时并不了解超导为何物的中国人来说,联想则更为直接:

赵忠贤——超导,超导——赵忠贤

这已经很让人振奋了,如果看看当时“什么都缺”的条件设备,就更能理解中国跻身超导强国的不易,也能体会当时中国人作为代表参加国际超导会议时的那种振奋。

如今再谈超导,赵忠贤还一直庆幸我国“醒得早”。然而,当年早醒的中国缺乏的却是成熟的条件。“经费和设备是现在条件的百分之一,实验条件落后发达国家三十年,国外当时条件就已经相当于我们现在的条件了。”赵忠贤说。

2

打破坛坛罐罐,不计一切撸起袖子干!

要知道,1911年外国人发现超导的时候我们国家还在搞前途未卜的辛亥革命;60年代外国人对超导研究有所突破的时候我们还在温饱线艰难徘徊;1986年外国人对于超导有新发现时中国还刚刚开始改革开放没几年。

无论实力、资金还是人才,好像中国都很难参与到这种高技术、高逼格的高温超导竞争,然而中国却成功逆袭,成为这场激烈竞争的佼佼者,这是为什么?

这首先得益于70年代国家的高瞻远瞩,努力把一些人才送到西方发达国家进行深造。

1972年,美国总统尼克松访华之后,周恩来总理高瞻远瞩,提出要为80年代准备人才,在周恩来的亲自过问下,中国科学院得到二十几个出国学习的名额,赵忠贤报了超导专业被选上了,在语言学院学习了9个月的英语后,赵忠贤和其他一些人来到了英国剑桥大学深造。

赵忠贤始终想着我国著名的生物学家童第周出国留学时说过的一句话:外国人能做的,我们中国人照样能做,外国人不能做的,中国人也能做!他就是抱着这样的想法来向外国人学习的。


在剑桥这个星辉斑斓的研究圣殿,他每天上午九时开始做实验,晚上十时回宿舍休息。面对日复一日的实验工作,他乐此不疲,始终充满着激情。进修期间,与国际同行的接触使他看到了差距,也成为他向高温超导领域迈进的转折点。

剑桥岁月,在科学选题方面对他是潜移默化的,也是终身受益的。有些问题,正面思考不得其解,而逆向思维则迎刃而解;有些问题解决之后,则可以举一反三,触类旁通。同事中有英国的Morning coffee和 afternoon tea,他们每人一次交五个便士,进行学术交流活动。学习小组每月都有人介绍世界超导领域的最新研究进展情况,介绍新鲜成果,交流最新论文,这段经历非常有趣。

他的导师艾维茨博士也正是看到了这一股敢于超越别人的劲儿,从未把他当作学生,而更多是朋友。短短一年中,赵忠贤在研究第二类超导体的磁通运动中观察到:磁通运动从非线性到线性区有个临界点,这个临界点与超导临界电流有关,这是以前人们没有注意到的。对此,艾维茨博士的评价是:如果我的博士生能在三年内做出这样的成绩,那已经是非常好了,也由此,这位英国博士看到了,在当时的中国并不是没有做学问、搞研究的人。

回到百废待兴的中国后,赵忠贤就带领团队自己搭建实验设备,从仓库里领到的原料有的还是五十年代公私合营工厂生产的,尽管条件艰苦到在被窝里打老鼠,但是赵忠贤仍旧乐观地认为,自己的相对劣势没有那么大。 “超导材料探索相对于其他科学研究来讲,不需要特别高级复杂的仪器,我愿意充分利用现有的条件去进行一个课题。”

困难可以克服,先机必须抢占。1986年,欧洲科学家柏德诺兹和缪勒发表了镧-钡-铜-氧体系可能存在35K超导的工作。该文中提到的“杨-泰勒”效应与赵忠贤1977年文章中提到的“结构不稳定性又不产生结构相变会导致高的超导温度”产生共鸣,赵忠贤敏锐地预感到研究铜氧化合物超导体是可行的,马上带领团队在极其简陋的条件下紧锣密鼓地开了张。他找到了熟悉变价系统的陈立泉等合作,利用自己现搭建的反应炉和现改造的测量设备开展研究。虽然当时条件简陋,但在国际竞争最激烈的时刻抓住了先机。

多少个不眠之夜,反反复复的试验,累了,赵忠贤就在椅子上、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-氧体系中突破了麦克米兰极限,获得了40K以上的高温超导体。一时间,世界物理学界为之震动,传统理论的崩塌让“北京的赵”多次出现在国际著名的科学刊物上。

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。遗憾的是,这个迹象由于当时没人能够重复,实验结果受到海外有些学者质疑,甚至有人来信和打电话施压。

经过反复思考试验,赵忠贤意识到:名义上“同样的体系”只是基本化学配比相同,但实际成分是不同的。由于他们的实验样品用的原料是1956年公私合营的工厂生产的,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,赵忠贤并没有要放弃,他开始主动“引入杂质”。 在用锶取代钡没有复现70K迹象之后, 赵忠贤在综合考虑有关想法的基础上建议并坚持的“在Ba基的、多相的体系中,用Y取代La”的方案取得了基本共识并得以实施。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!1987年2月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公布了元素组成。

他成功了!

赵忠贤等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年度国家自然科学奖集体一等奖,他也作为团队代表获得了第三世界科学院物理奖。

3

如果有一天,超导又有新的突破,一定有中国人的身影!

赵忠贤曾说:“如果有一天,超导又有新的突破,一定有中国人的身影!”

他为什么敢这么有底气?毕竟,赵忠贤只有他一个,怎么保证以后超导新的突破能够有中国人的身影?

培养超导界人才!

赵忠贤不但在研究方面属于巨匠,还特别注重对于人才的培养。

他曾多次说,很欣赏一位哲人的格言“站在前人的肩膀上,连孩子也比巨人高大。”他说:“中国的低温物理研究始于50年代,那时,我还是个学生。如果没有前辈物理学家的工作、积累,就不可能有我们这一代80年的成就。”“现在该是我们这一代做出牺牲,让年轻人踩在我们肩膀上去攀登科学高峰的时候了。”

这不是刻意追求的那种谦虚。就像科学荣不得虚假一样,赵忠贤最讨厌矫饰。出了名后他依然是那个率真的赵忠贤——说话时嗓门还是那么大;开心时笑起来还是会不时流露出孩子般的纯真,有时甚至是顽皮;他会津津乐道地给你讲年轻时的恶作剧,那得意一点不亚于讲他的超导;他也会腼腼腆腆地承认自己有一点“气管炎”,可又不掩饰对夫人由衷的尊敬;他还像以前一样幽默,一样“土”:有一次回去参加朋友的聚会,当大家都夸他的西服和领带合体漂亮时,他竟然一拍腿说:“这还穿着老棉裤呢!”真够“潇洒”的。

当然,处境不同心境自然不同,作为国家超导实验室主任,作为一个被国家确定为重点发展学科的学术带头人,赵忠贤总觉得自己比过去多了一份责任和使命。这常常使开朗的他心里变得沉甸甸的。

面对大批的优秀青年科学人才外流,面对历史造成的“断层”尚未弥合就有了新的“断层”,说他忧心如焚一点也不夸张。于是,人们看到他利用各种可能的场合去呼吁,有时甚至是呐喊——解决解决青年人的问题吧,科学的未来属于他们!

“不,更确切地说,科学的今天就是属于青年的。”

赵忠贤说,1991年12月,他和夫人应邀参加了纪念诺贝尔奖90周年庆典,其中的一次物理讨论会给了他很大的刺激。

会前听说很多参加者都是诺贝尔奖获得者,按照中国人的观念,赵忠贤以为这种高规格的讨论会大约是一次世界物理学界的老人聚会,然而,他万万没想到的是,三分之一的与会者竟然是些30岁左右的年轻人!

其间,1987年诺贝尔物理学奖获得者波诺茨与他们夫妇交流时,赵夫人不无钦佩地说:“你真了不起,三十多岁就拿了诺贝尔奖。”不料,波诺茨几乎是不假思索地回答赵夫人说:“不,诺贝尔奖本来就应该是年轻人拿的。”这使赵忠贤既万分感慨又非常尴尬。在国内,他被称为中青年科学家已经有十多年,而且还在被继续这么称呼下去,而在这里青年是什么?是这样思维敏捷、知识现代、精力旺盛、闯劲十足的一群!难道中国真像一条缓慢流动的河流,连时间也如老人的步伐吗?

培养年轻人,赵忠贤也知道这有很多困难,但不管有多困难,这些年来,他始终在身体力行地实践着,他深知,对于整个社会,他不过是个科学家,所能做的也只有呼吁,但是,在超导实验室,他却是“一把手”,他可以用他有限的“权”为年轻人创造尽可能好一点的条件和环境。比如,给年轻人包括没毕业的研究生参加国际会议的机会。他说,重要的不是要他们去学会什么,而是通过这些活动启发他们的科学灵感和献身科学的精神,也使他们感到一种信任。

赵忠贤确实信任年轻人,这一点,他的学生和他手下工作的年轻人都深有体会,一位姓易的年轻人虽然已经办好了去瑞典留学的手续,但说起赵忠贤仍然十分留恋,他说:“在赵老师手下工作那真是没话说,说实话,我们不怕有担子,就怕没担子,赵老师是真正给我们压担子的,我在超导室干了两年,已经做出了成果,现在到外面去,我想我会马上胜任工作的,不过,过几年我一定会回来!”

可以说,年轻人的工作、生活和成长问题,是赵忠贤除超导外倾注心血和精力最多的一件事,为了让年轻人有个安身立命的“窝”,他从本来就不宽裕的科研经费里拿出钱来为他们租房,这样就能温暖年轻人的心,赵忠贤说,这比钱重要得多。

其他研究室的年轻人常常羡慕在超导室工作的同学,虽然条件有限,但总有地方住。可他们哪里知道,为了年轻人的住房,赵忠贤曾怎样奔波,有一次科学院新分住房,为了一位刚回国的博士能分到,赵忠贤竟亲自跑到院里去争取。

大多数从赵忠贤超导室出国的年轻人还会再回来,赵忠贤实验室的副主任就是出去多年后又回来的,很多在国外工作的年轻人也会陷入激烈的思想斗争中,因为赵忠贤的信任、理解、帮助,赵忠贤的为人为师实在让人难以拒绝,可赵忠贤还是会着急地说: “留住年轻人,唤回年轻人,是关系到国家科学发展,最终是经济发展的大事,光凭个人之间的感情,是不能从根本上解决问题的!”

4

铁基超导再掀高潮,20年后实现超导研究第二次突破

不管是经历辉煌,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,再加上对于年轻人和团队的重视,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。

2008年,日本科学家细野秀雄团队报道在镧-氧-铁-砷体系中存在26K的超导电性,与赵忠贤“在具有多种相互作用的四方层状结构的系统中会有高温超导电性”的新思路是一致的,他立刻意识到这一类铁砷化合物(后来被称作“铁基超导体”)很可能是新的高温超导体。事实上,赵忠贤在1994年就研究过结构完全相同的稀土-铜-硒-氧体系,但没有用铁。

赵忠贤提出了高温高压合成结合轻稀土元素替代的方案,带领团队全力以赴。团队里鼓足干劲,有负责高温高压合成的、有负责测量以鉴别超导电性的,还有做常压合成、高压物性研究和单晶生长的。他们用从淘汰的设备中捡回来的设备做实验,一台被大家叫做“土炮”的压机坏了修,修了坏,有限的条件用到了极限。很短的时间,他们首先做出了52K的镤铁砷氧氟超导体,紧接着,51K的钕铁砷氧氟和55K的钐铁砷氧氟超导体也相继做出来了,整个团队非常兴奋,这显著超过了40K的麦克米兰极限。很快他们又合成了绝大多数50K以上的系列铁基超导体、创造了大块铁基超导体55K最高临界温度纪录并保持至今,为确认铁基超导体为第二个高温超导家族提供了重要依据,实现了高温超导研究领域的第二次突破。 67岁的年纪,赵忠贤三次带领年轻人几乎通宵工作,完成了铁基超导研究最关键的三篇论文。事后得知,其中一篇比国外同行只早了一天发表。

2014年初,时隔24年,赵忠贤等再次凭借高温超导研究问鼎象征着中国基础研究原始创新能力的国家自然科学一等奖。此前,这一奖项已经连续空缺3年。

赵忠贤的铁基超导研究得到了国际上的高度评价。美国《科学》杂志三次报道赵忠贤组的工作,并评论说,“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。”