中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理學(xué)院物理系教授、中國科學(xué)院院士 陳仙輝（來源：受訪者提供）

1908年，荷蘭萊頓大學(xué)教授海克·昂內(nèi)斯（Heike Kamerlingh Onnes）在實(shí)驗(yàn)室中第一次將氦氣液化，以﹣269℃（4.2K，K為溫度的國際單位開爾文）刷新了人造低溫的新紀(jì)錄。

隨后1991年，昂內(nèi)斯又測量了純金屬（汞，后來是錫和鉛）在極低溫度下的電導(dǎo)率，從而發(fā)現(xiàn)了著名的“超導(dǎo)”現(xiàn)象。

(資料圖)

公開資料顯示，超導(dǎo)是指材料在低于某一溫度時(shí)，電阻變?yōu)榱悖ㄒ阅壳坝^測，即使有，也小至10?25歐姆·平方毫米/米以下）的現(xiàn)象，而這一溫度稱為超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度。超導(dǎo)現(xiàn)象的特征是零電阻和完全抗磁性，因此超導(dǎo)材料這是一種革命性的材料。

過去112年間，科學(xué)家們前赴后繼不斷尋找臨界溫度更高的超導(dǎo)材料，與此同時(shí)，學(xué)術(shù)界的爭議、否定與肯定始終伴隨著科學(xué)家們的尋夢之旅。在經(jīng)歷了多輪科研突破與演進(jìn)后，學(xué)術(shù)界才最終完成了超導(dǎo)理論的建立及對高溫超導(dǎo)材料的發(fā)現(xiàn)。通過超導(dǎo)研究直接獲得諾貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)家迄今已有10位。而今，對室溫超導(dǎo)體領(lǐng)域的深入探索正被大眾所廣泛關(guān)注。

近日，2023未來科學(xué)大獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)名單揭曉。

因?qū)Ω邷爻瑢?dǎo)材料的突破性發(fā)現(xiàn)和對轉(zhuǎn)變溫度的系統(tǒng)性提升所做出的開創(chuàng)性貢獻(xiàn)，中國超導(dǎo)領(lǐng)域的兩位關(guān)鍵人物——中國科學(xué)院物理研究所研究員、中國科學(xué)院院士趙忠賢，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師、中國科學(xué)院院士陳仙輝兩位學(xué)者，被授予2023未來科學(xué)大獎(jiǎng)“物質(zhì)科學(xué)獎(jiǎng)”。

其中，陳仙輝研究組首次將超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度提高到麥克米蘭極限之上，證明鐵基超導(dǎo)體確實(shí)是非常規(guī)的高溫超導(dǎo)體。而這一研究推動(dòng)了高溫超導(dǎo)領(lǐng)域的發(fā)展。

會(huì)后，國內(nèi)超導(dǎo)領(lǐng)域科學(xué)家、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理學(xué)院物理系教授、中國科學(xué)院院士陳仙輝接受了鈦媒體App的對話交流，不僅談及過往的研究歷程、超導(dǎo)的應(yīng)用與研究方向，而且還回應(yīng)了當(dāng)下熱議的室溫超導(dǎo)研究。

超導(dǎo)技術(shù)之路：回溯37年前的起點(diǎn)

陳仙輝1963年出生于湖南湘潭，目前是中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理系和合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室教授、博士生導(dǎo)師，中國科學(xué)院院士。

“沒有高溫超導(dǎo)，也不會(huì)有今天我坐在這里跟各位交流了，1986年的高溫超導(dǎo)就是我發(fā)展到現(xiàn)在的一個(gè)契機(jī)?！标愊奢x談及當(dāng)時(shí)能進(jìn)入超導(dǎo)技術(shù)領(lǐng)域，是因?yàn)閯偤泌s上1986年的高溫超導(dǎo)領(lǐng)域的突破性進(jìn)展，時(shí)年23歲在杭州大學(xué)（現(xiàn)浙江大學(xué)）讀碩士研究生的陳仙輝，正即將前往中國科大應(yīng)用化學(xué)系錢逸泰和陳祖耀實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)。

據(jù)悉，1986年1月，德國科學(xué)家約翰內(nèi)斯·貝德諾爾茨，以及瑞士科學(xué)家卡爾·米勒發(fā)現(xiàn)陶瓷性金屬氧化物，即銅氧鈣鈦陶瓷等系列材料可以作為高溫超導(dǎo)體材料，具有臨界溫度超過90K的特質(zhì)，從而開啟了銅基高溫超導(dǎo)體的時(shí)代。這也促使了科學(xué)界探索發(fā)現(xiàn)高溫超導(dǎo)技術(shù)。

1992年，陳仙輝獲中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)凝聚態(tài)物理專業(yè)博士學(xué)位，并留校工作。此后，其以洪堡基金學(xué)者先后在德國卡爾斯魯厄研究中心、斯圖加特馬普固體物理研究所工作，還曾作為訪問教授在日本北陸先端科學(xué)技術(shù)研究院，以及美國德克薩斯超導(dǎo)研究中心工作。

1998年，陳仙輝被聘為中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理系教授。其主要研究方向是新型非常規(guī)超導(dǎo)體的探索及超導(dǎo)和強(qiáng)關(guān)聯(lián)物理的研究。此外，他還同時(shí)擔(dān)任中國物理學(xué)會(huì)理事、中國物理學(xué)會(huì)低溫物理專業(yè)委員會(huì)主任、超導(dǎo)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會(huì)委員等學(xué)術(shù)職位。

2008年2月，日本科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種臨界溫度為26K（零下247.15攝氏度）的新型超導(dǎo)材料，引起陳仙輝的高度關(guān)注。他帶領(lǐng)研究生經(jīng)過一個(gè)多月沒日沒夜的拼搏，陳仙輝小組在國際上首次獲得了臨界溫度達(dá)到43K（零下230.15℃）的鐵基化合物超導(dǎo)體——氟摻雜釤氧鐵砷化合物，突破了40 K的麥克米蘭極限。

當(dāng)年3月25日，這項(xiàng)成果以論文的形式發(fā)表在《自然》雜志上，成為2008年全世界最具影響和被引用次數(shù)最多的5篇論文之一。

陳仙輝團(tuán)隊(duì)

“2008年之前，非常規(guī)高溫超導(dǎo)體只有一類，就是銅氧化物超導(dǎo)體。但這22年里對于銅氧化物超導(dǎo)體的機(jī)理等相關(guān)科學(xué)問題并不能被清楚解釋，而如果更多種類的高溫超導(dǎo)體出現(xiàn)，那么通過發(fā)現(xiàn)其共性就能更好理解非常規(guī)超導(dǎo)體，即BCS理論不能解釋的這一類超導(dǎo)體?！标愊奢x表示。

據(jù)悉，BCS理論是美國物理學(xué)家約翰·巴丁、利昂·庫珀和約翰·席弗于1957年提出的，三人認(rèn)為在常規(guī)超導(dǎo)體中，低溫下兩個(gè)原本均帶負(fù)電、互相排斥的電子，通過影響原子晶格產(chǎn)生的振動(dòng)（這一振動(dòng)的能量量子稱為聲子）而建立間接吸引作用，從而兩兩配對構(gòu)成“庫伯對”。在量子相干效應(yīng)下，這些“庫伯對”可以在晶格中無損耗地運(yùn)動(dòng)，形成了整體的超導(dǎo)電性。同時(shí)，超導(dǎo)體內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，這就是完全抗磁性或邁斯納效應(yīng)。

經(jīng)歷了37年一步一個(gè)腳印對超導(dǎo)技術(shù)的不斷探索，如今，他已成為推動(dòng)全球超導(dǎo)領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵人物。

科學(xué)的東西只能探索

“超導(dǎo)真的是一個(gè)非常大的戰(zhàn)略性技術(shù)領(lǐng)域?！标愊奢x對鈦媒體App表示。

據(jù)陳仙輝介紹，現(xiàn)在超導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用發(fā)展就是主要三類：能源、信息、生物技術(shù)。而超導(dǎo)材料既可以支撐能源技術(shù)，還能支撐信息技術(shù)，具有廣泛的應(yīng)用，如核磁共振、超導(dǎo)磁懸浮列車。在科學(xué)里，可控核聚變的溫度都是上億度以上，沒有材料可以把它約束，那么主要是用超導(dǎo)。托克馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置加速器里用的電子加速與控制也需要超導(dǎo)。

針對人才培養(yǎng)機(jī)制，陳仙輝對鈦媒體App表示，人才培養(yǎng)不能急于求成，需要有一個(gè)過程，尤其現(xiàn)在還有交叉培養(yǎng)知識(shí)面等問題。

他呼吁，在以ChatGPT等為代表的人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)模型正在并將更廣泛應(yīng)用的背景下，中國教育和人才培養(yǎng)方式，亟需由“知識(shí)灌輸”模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤澳芰ε囵B(yǎng)”模式。

事實(shí)上，最近幾年，超導(dǎo)領(lǐng)域的科學(xué)家們開始向物理學(xué)的“圣杯”發(fā)起挑戰(zhàn)——尋找室溫超導(dǎo)材料。

室溫超導(dǎo)是指在常壓或接近常壓的條件下，在室溫或更高溫度下出現(xiàn)的超導(dǎo)現(xiàn)象。而超導(dǎo)材料有兩個(gè)特性——零電阻和完全抗磁性，零電阻即電流通過超導(dǎo)體沒有能耗，電阻為零。

被問到近期熱門的室溫超導(dǎo)研究，他沒有直接發(fā)表意見，但陳仙輝向鈦媒體App強(qiáng)調(diào)，科學(xué)的東西只能探索，必須要嚴(yán)謹(jǐn)面對。

到目前為止，我們還沒有出現(xiàn)一個(gè)“室溫超導(dǎo)”的技術(shù)應(yīng)用。從結(jié)構(gòu)的角度來講，只是說利用“室溫超導(dǎo)”在富氫化合物、非常高壓的情況下去思考一些科學(xué)問題，而其他的體系只有科學(xué)家自由的探索。

“如果（室溫超導(dǎo)）是真的，那確確實(shí)實(shí)對于人類來說是一個(gè)了不得的進(jìn)展，因?yàn)樗鞘覝爻瑢?dǎo)還是那么高的溫度（約127攝氏度）。室溫超導(dǎo)會(huì)給人們生活帶來的變化將是天翻地覆的。到那個(gè)時(shí)候，我們出門可以坐上懸浮的超導(dǎo)車，甚至手機(jī)、手提電腦充一次電就能用上好幾個(gè)月?！标愊奢x補(bǔ)充稱。

那么，在超導(dǎo)領(lǐng)域，是理論先取得突破再指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)方向，還是先發(fā)現(xiàn)更具突破性的超導(dǎo)材料，再反過來激發(fā)理論的進(jìn)展？對此，陳仙輝認(rèn)為，兩者是相輔相成的，但是到目前為止，從超導(dǎo)角度來講，理論指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)還是很難。

陳仙輝在未來科學(xué)大獎(jiǎng)對話中提到，過去近40年，我們見證了中國超導(dǎo)研究從跟跑，到并跑，再到諸多方面領(lǐng)跑的發(fā)展過程。他相信，中國未來在這個(gè)領(lǐng)域一定會(huì)發(fā)現(xiàn)有重要影響的新的超導(dǎo)體，乃至去探索室溫超導(dǎo)體。

（本文首發(fā)鈦媒體App，作者｜林志佳，編輯｜馬金男）

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