863计划15周年成就展中的高温(液氮)超导磁悬浮实验车 CFP供图
1911年,接近绝对零度时汞样品电阻消失的现象被发现,人们开始认识到超导体的存在。同样的横断面积下,超导的导电能力是铜导线的100倍之多,电的传输可以完全不受阻碍,人类开始幻想用电方式的根本性变革。“从根本上改变人类的用电方式。”超导线材的生产者一直抱定着这样的信念。
2001年3月1日,在863计划15周年成就展上,看到西南交通大学研制的世界上第一辆载人高温超导磁悬浮实验车,江泽民非常高兴,兴致勃勃地登上实验车。实验车缓缓前行,江泽民一边听科研人员介绍,一边询问这项技术的发展前景……
从铜导线到高温超导,中国科学家曾以打破液氮温度壁垒的先行者姿态站在世界前沿;超导电缆方面,昆明普吉变电站并网运行,世界排名第三;而我国在超导限流器技术的领先位置同样不容置疑。
材料寻找:攻破液氮温度壁垒
1987年2月25日的《人民日报》,刊载了超导研究学者长久追求的元素组成研究成果——“赵忠贤等中国科学家发现液氮温区超导体,成分是钇钡铜氧”。这为其他的研究者带来了新的思路,正是在看到《人民日报》报道的消息后,美国贝尔通讯实验室的化学家特拉斯康才想起自己早在1月3日就曾制备了5块钇钡铜氧样品,而从未对之做超导测试,只经几个小时的测试,他便发现其中竟有两块是超导的。
1986年9月的北京,温度适宜,秋风清爽,梧桐叶半吊着摇曳在空中,风划过树叶的窸窣声更显静谧,这是一个适合科学思考的日子。
中国科学院物理研究所的赵忠贤坐在物理所图书馆中翻阅着最新一期的《物理学杂志》,当读到了贝德诺兹和缪勒刚刚发表的文章时,他的目光停住了。基于长期研究高温超导的背景,在当时频繁有消息报道不能被证实的超导材料的背景下,赵忠贤作出了及时正确的判断,挑选出有效信息。
在回忆当时的想法时他说:“我认为缪勒的想法是有道理的,不引起结构相变的点阵不稳定,将有利于超导体的临界温度。”正是根据这种将结构的不稳定与高温超导相联系的推理,赵忠贤相信了贝德诺兹和缪勒的结果,马上找人联系和筹备,于10月中旬和陈立泉等人合作开始了研究工作。
12月20日左右,赵忠贤和他的合作者在锶镧铜氧中实现了起始温度为48.6K的超导转变,并在钡镧铜氧中看到了70K的超导迹象,遗憾的是70K的超导迹象在热循环之后便消失而无法重复了。“因为有了这个70K的迹象,我们没有按常规马上写文章和做结构分析,而是全力试图重复70K的超导。”
之后,赵忠贤和他的合作者将精力主要集中于重复这一结果。“那年的除夕夜是1月28日,不过大家都没有放松工作,我们开始怀疑是杂质的作用。有70K迹象的样品原料是从仓库中找来的,那还是1956年公私合营工厂生产的,含有较多杂质。而后来用较纯原料做出的样品,转变温度全在30K左右了。”猜测有时候也会为科学的发现找到一条正确的路。
于是,寻找,有了目标。他们在多相材料中寻找并替换其他成分。1987年2月19日,赵忠贤和他的合作者在钇钡铜氧中发现了起始度高于100K,中点温度为92.8K的超导转变。2月24日正式公布新成果和新超导体成分的新闻发布会召开。2月25日的《人民日报》头版刊登了这一消息,这是首次对液氮温区超导体成分的正式公布。
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