记者手记

一幅手书、一幅照片，赵忠贤院士格外珍重，将其镶于镜框，一幅悬挂在办公室突出位置，一幅置于书架正中。那幅珍贵的手书是30年前的1987年3月2日中国物理学会举行会议期间，两弹一星功勋奖章获得者、世界著名物理学家彭桓武，感奋赵忠贤团队独立发现液氮温区氧化物超导体，诗兴勃发创作了诗辞小令《喜迁莺》：

“开物理学会时过紫竹院，会中纪念胡刚复、饶毓泰、叶企孙、吴有训前辈，兼祝贺物理所高温超导研究

“平湖静，小河浑，册府半装新。檐前竹上腊梅薰，花信又初春。去复还，研兼教，几代师生耕造，为中华物理生根。超导贺高温。”

那幅照片定格的历史瞬间为，中科院老院长周光召在专心致志听取赵忠贤汇报铁基超导研究情况，他的脸上洋溢着灿烂的笑容。“那是2008年6月的一天，一位大学教授抓拍的照片。老院长周光召对我们一直非常关心。他当院长的时候指导、支持、鼓励我们，尽可能保护我们——让做科研做得比较好的人，能把精力花在科学研究上。”

记者猛然领悟到，赵忠贤珍重的是科学界一代代师生间薪火相传的一种传统、一种科学探索精神，这里寄托着老一辈科学家对年轻科学家的厚望。

1月9日上午，北京人民大会堂，国家科学技术奖励大会在这里举行，中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平，向荣获2016年度国家最高科学技术奖的中国科学院院士、中国科学院物理研究所研究员赵忠贤颁奖。

晚于世界一些国家近50年起步，我国因何能在世界高温超导研究两次重大突破中跻身世界前沿？赵忠贤团队的高温超导体是怎样“炼”成的？为此记者几次前往中科院物理所，采访赵忠贤院士及其团队——超导国家重点实验室几位学者，并认真阅读了中科院物理所足足几十页所志及相关资料。

1.钱三强彭桓武的高瞻远瞩建议

20世纪初期量子力学的创立，为物理学发展奠定了新的基础。低温物理学发展成为凝聚态物理的重要分支，在一些国家开展起来。超导的发现始于低温物理学发展。106年前的1911年4月8日，荷兰莱顿大学昂尼斯实验室成员测量金属汞在低温下的电阻时，意外地发现了超导体的零电阻特性——在4.2 K（即-269摄氏度）以下，汞的电阻突然下降到零。于是，第一个超导体被宣告发现。1933年，荷兰的迈斯纳和奥森菲尔德，共同发现了超导体另一个极为重要的特性——完全抗磁性，也称迈斯纳效应。

在纯科学上，作为物理学界最重要的前沿问题之一，超导吸引了无数科学家的目光。自百余年前人们发现超导以来，先后有5次诺贝尔科学奖颁发给10位研究超导的科学家。

超导的魅力在于，超导研究不仅一直推动着量子理论的发展,而且超导体在能源、健康、信息、交通等领域具有重要的应用价值,超导还是21世纪战略性技术储备之一。

比如,当今医院里用的1.5T和3T的核磁共振成像仪，其核心部件是1.5特斯拉(磁感应强度的度量单位)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，较之传统基站大大改善了通信质量；2012年发现“上帝粒子”——希格斯-玻色子的欧洲核子中心大型对撞机中，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是其最关键部件……

再如,德国利用高温超导磁体的涡流加热技术，将加工铝材的电能热能转化效率提高了30%。一旦超导技术得到广泛应用，将为人类创造相当可观的效益。日本已计划在2027年开始运行新型新干线，其所采用的超导磁悬浮列车，时速将达到500公里。

然而，自超导现象被发现以来，超导研究中最重要的两个问题一直是：怎样找到临界温度更高、更适于应用的超导体？超导的机理是什么？

1957 年，3位美国科学家巴丁、库伯、施里弗，共创以电子声子相互作用为机制的BCS超导微观理论，并因此获得1972年度诺贝尔物理学奖。1968年，美国科学家麦克米兰根据BCS理论计算，认为超导临界温度最高不大可能超过40K（即-233摄氏度），他的计算得到了国际学术界普遍认同，因此40K被称作“麦克米兰极限”。

然而，此后不足20年，高温超导“铜器时代”与“铁器时代”相继到来，一路突破“麦克米兰极限”，为量子力学的发展和超导应用带来了新的挑战和机遇,在国际上掀起了新的研究热潮。更值得称道的是，晚于发达国家近50年起步的中国科学家，在世界高温超导领域接连两次取得重大突破中都做出重大贡献并跻身国际前列。

中科院物理研究所，是新中国超导研究发源地。近70年前的1949年，从海外归来建设新中国的科学大家钱三强、彭桓武等，高瞻远瞩地建议我国发展低温物理学。1951年，中科院决定在物理所建低温物理实验室，由海外学成归国的洪朝生负责筹划并实施。1959年，物理所调试成功液氢预冷节流循环的氦液化器，首次获得液氦，从此液氦被用于科学实验包括超导实验。

1964年，赵忠贤从中国科技大学毕业来到物理所，被安排在低温室主任洪朝生研究组，开始了低温物理和超导电性研究。

采访中，赵忠贤几次告诉记者，“中国超导研究得益于低温条件的建立，与低温和超导有关的院士就有七八位。有的在大学，有的在研究单位。这是一支很优秀的队伍。”他特别强调，中国的超导研究成就，是一辈一辈一茬一茬的科研人员多年共同努力探索的结果——老一辈科学家做出了奠基性工作并打下良好基础，同辈之间有着多种合作与交流，很注重亲历研究第一线并提携青年。还有，他说他只是几代人中的一个代表，这个代表取得的荣誉又属于中国所有的超导人……

2.融会贯通基础上的升华

在高温超导“铜器时代”与“铁器时代”两次重大突破中，赵忠贤及其团队都做出了重大贡献：独立发现液氮温区氧化物超导体；发现临界温度可达55K的系列铁基超导体。

1986年，欧洲科学家柏德诺兹和缪勒发表论文：镧-钡-铜-氧体系可能存在35K超导。该文提到的“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。这一年的年底，赵忠贤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，向传统理论提出了挑战。1987年2月19日深夜，赵忠贤团队在钡-钇-铜-氧中发现了临界温度93K的液氮温区超导体，实现了高温超导研究领域第一次重大突破。24日，中科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；25日，《人民日报》报道了这一消息，国际上很多实验室验证了中国的工作，推动了世界范围的高温超导研究热潮。

赵忠贤团队93K超导体的发现，使柏德诺兹和缪勒“铜氧化合物可能存在35K超导性”一文的重要意义凸显出来，因而获得1987年诺贝尔物理学奖。诺贝尔奖获得者缪勒教授在1991年“国际超导大会”的主旨演讲中指出，朱经武小组的高压研究和赵忠贤小组注意杂质影响，导致了液氮温区超导体的发现。

2008年，日本科学家Hosono报道在镧-氧-铁-砷体系中存在26K的超导，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，与之契合，他立刻意识到其中可能孕育着新的突破。基于LaFeAs(O,F)压力效应研究，赵忠贤提出轻稀土元素替代和高温高压的合成方案，率先将铁基超导体的临界温度从26K提高到52K，显著超过了40K的“麦克米兰极限”，很快又合成了绝大多数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，为确认铁基超导体为第二个高温超导家族提供了一个重要依据，拖动了高温超导研究领域第二次重大突破。美国《科学》杂志先后3次报道包括赵忠贤研究组在内的中国科学家的工作，其中一篇题为“新超导体将中国物理学家推向最前沿”。

● 超导国家重点实验室的学者们认为，赵忠贤院士取得的成就，是基于前沿制高点的理性选择。

中科院物理所超导国家重点实验室现任主任周兴江认为，“赵老师在第一次超导重大研究突破中做出贡献，其实，根在10年前的1976年”。他说，那时赵老师决定从事 “探索高临界温度超导体”（简称高温超导体）研究，并且付诸行动，这在当时是很前卫的。周兴江强调，1986、1987年铜基高温超导体发现之前，超导界有两个比较成功的理论：其一是苏联物理学家朗道于1956年提出的朗道费米液体理论，描述足够低的温度下大多数金属的费米子相互作用一般状态；其二是3个美国人1957年提出的BCS超导理论——可非常完美地解释一般金属合金体系传统超导的超导机理。然而，铜基高温超导体的发现，翻开了超导研究新篇章——研究关联超导体系，其基础研究意义重大，搞清楚机理之后教科书需要重写。

1995～1998年师从赵老师攻读博士学位的刘国东研究员告诉记者，那一时期正值铜氧化合物高温超导研究的低谷期，当时国际上出了一些新的研究方向且特别热——出了一批很高档的文章，刘国东说，“当时我们也很想转向这个方向，容易写论文、容易发文章，然而赵老师没有动，我当时还不太理解，认为我们可以搞一点‘副业’——发几篇文章”刘国东说，现在想一想赵老师在他的方向上坚持和专注，是在前瞻性思想指导下将自身优势发挥到极至，集中于少而精的大目标。

● 学者们认为，赵忠贤院士取得的成就，还基于“根深才能枝繁叶茂”的理念。

《20世纪中国知名科学家学术成就概览·物理学卷·第三分册》《赵忠贤》传文中，有如下一段记载：

“1979年，高温超导研究被列为中科院基础研究重点项目，从而进一步推动了这方面的研究。这是摸索和积累的重要阶段。赵忠贤等人在前人基础上开展了一些研究工作并加强与国际间联系。例如，他们试验过悬浮熔炼制备A15结构的Nb3Si，以及用高压合成的方法制备Y2C3等可能有高临界温度的超导体。在实验条件差的情况下，他们就多做些经验规律的分析工作。赵忠贤与罗启光、朱元贞合作，总结出夏沃尔相超导体的临界温度与半径关系的规律；并预言了一种新的夏沃尔相超导材料——EuMo6S8有较高的(10Ｋ)超导转变温度。这项工作发表于1980年《科学通报》中文版。”后来国外有人做出了这种材料。

2009年前后与赵老师一同建立低温、高压、强磁场系统的孙力玲研究员，在她看来，“赵老师的科研直觉非常好，有先见，总是站在制高点上观察事物。”令她记忆犹新的是，2005年加入到赵老师团队后，赵老师就对她说，高温超导新材料的探索，高温高压有可能是一个突破口。她还感慨赵老师在2006年启动至2007年年底完成的高温高压装置“土炮”的升级改造工作。她说，改造过的“土炮”，变成了一个比较先进的高温高压合成装置，这时恰逢2008年初铁基超导机遇来了，并且这台装置发挥了重要作用，“当时我的感觉就是赵老师太英明了！”

孙力玲说，赵老师的科研直觉，实际上是一种科研前瞻，来自长期积累与坚持不懈：一辈子只做一件事，因而他对超导研究有着深刻的认识，一旦有新机遇来临，他就能站在很高的高度立刻看到新事物的价值。

采访中，赵忠贤团队的董晓莉研究员，对记者详细讲述了高温超导研究第二次重大突破的经历——铁基超导发现不久，赵老师即根据压力实验结果提出高温高压合成结合轻稀土替代的实验方案，组织团队全力以赴。赵老师当时已经67岁，还曾带着任治安和董晓莉3次几乎是通宵工作，分析讨论，把实验结果整理成文，发表到arXiv上去

董晓莉说，赵老师往往能先人一步抓住机遇，抓住重要的研究方向。赵老师很熟悉超导研究的历史。他不仅记得像元素组成、超导温度这些重要参数，很多超导体他随口可以报出发现年代、发现者的名字。

几位学者深深地记得赵老师常说的一句话：根深才能枝繁叶茂。

● 赵忠贤诠释融会贯通基础上的升华。

采访中，记者请赵忠贤谈一谈他做科研独特的科学思维方式。

“科学思维方式，一两句话很难说清楚。”赵忠贤说，“我是通过学习——向书本学习、向老师学习、向同行学习，将所学消化融通变成考虑问题的基础，并基于这个基础对科学方向做出判断。”

赵忠贤举例说，“早在柏德诺兹和缪勒之前，国际著名杂志《应用物理快报(APL)》1986年4月发表过一篇临界温度高于40K也是含有氧的一种化合物的超导文章，可我对那个工作不相信，所以根本没想做，而看到柏德诺兹和缪勒那篇文章则不同，与自己的想法有共鸣，看到了它的价值和意义，那就要做。”

“人们总问：为什么别人没有看到而你看到了呢？”赵忠贤讲到了他年少时的一段经历，“正在劳动时背后一块石头滚下来，下面的老师和同学惊呼，想躲已来不及，本能地跳了起来，滚下的石头撞到之前我背靠的石头上，我落下后恰好坐在了滚下的石头上，毫发无损。”他说，这就是反应吧，因为当时你根本就没有思考的时间。那为什么你会有这样反应？他说，“我只能说是我‘蒙’的。”

赵忠贤列举了在英国剑桥大学独立实验的实例，“我比较注意观察并发现：第Ⅱ类超导体量子磁通线在不可逆运动过程中，从非线性区到线性区转变的那个临界点，与临界电流呈线性关系。最初导师对这一结果表示怀疑，因为不知道有多少人曾做过类似的测量和研究，没有发现。后来又用其他类型材料做重复实验，这是被很多小组已研究很透的合金，结果又观察到了该现象。后因我回国，他另安排了一位博士后接着做。”

关于前瞻性，赵忠贤认为有些事物接触多了，认识上就会有个突破、有个升华。他说，“人们总说老医生有经验，而我认为做得时间长了之后，已不仅仅是经验，而是在经验基础上的升华。”他说，超导，几十年研究下来，有些文献和数据已不是死记硬背而是烂熟于心，且在头脑中被重新组合了起来，所以在做判断时就会有直觉，也可以说是“蒙”。

3. 从起步追赶到跻身国际前列

1976年，赵忠贤开始高温超导体的探索研究，他同时也积极地推动全国开展研究。例如，积极参与发起和组织了两年一届的全国高温超导研讨会，坚持了10年。这些积累为高温超导的突破奠定了基础。在超导两次重大研究突破之间长达20年这段时间里，赵忠贤依然踏踏实实地进一步凝练学术思想，推动超导学科发展，促进国内外学术交流，培养了一批高温超导人才。

1987年，赵忠贤和陈立泉联名，向国务院建议成立国家超导实验室（现超导国家重点实验室）并获得批准，赵忠贤任首届实验室主任。目前，超导国家重点实验室已成为国际上实力领先的超导研究基地，也是国际国内超导研究学术合作与交流的重要窗口。超导国家重点实验室成立20余年来，在铜氧化物高温超导体、铁基超导体以及其他新型超导体的发现和研究中，做出了国际瞩目的成就，在设备自主创新研发中也取得了丰硕成果。

目前该实验室可大致分为4个研究方向：新超导材料探索、超导电性机理研究、超导材料物性研究、超导薄膜物理与器件等，共设有9个课题组。

记者了解到，2016年，超导国家重点实验室在铜氧化物高温超导体、铁基超导体以及其他非常规超导体和量子材料的探索和研究中，取得了如下重要进展：

载人航天天宫二号科学试验项目《高温超导微波前端》正样产品于这一年9月15日随天宫二号空间实验室升空，这是我国首个超导微波前端系统在空间的实际应用。发现了几种新的超导体。利用激光角分辨光电子能谱的超高分辨率，第一次定量解析出铜氧化物超导体在超导态的配对相互作用函数，为理解超导配对机理提供了关键的信息。在铁基超导体中向列相的探测、起源及其与超导电性的关系方面取得重要结果。此外，在高压物理、拓扑材料和拓扑超导电性研究方面也取得了重要进展。

超导国家重点实验室主任周兴江介绍说，41年前的1976年，赵老师在全国各地奔波，寻找一批志同道合的同事一起探索高温超导体研究，就像是串连一样，把国内对这一探索感兴趣的人凝聚在一起，在国内组织高温超导会议，并将此作为探索高温超导的重要交流与合作平台，每两年一次，至1986年的10年间共举办过6次会议，而且邀请一批专家，给全国超导研究者上课，从而培养了一批人，积累了一些知识，积累了一些经验。

不仅于此，超导国家重点实验室从2011年起每年举办一次超导研究前沿国际论坛。周兴江说，从前，中国的超导研究是追赶国际前沿，而今包括美国在内的国际超导研究者与中国科学家一起交流、合作和推动超导领域的发展。

4. 年轻一代已承担起再次突破重任

“我希望为年轻人做更多的事，支持他们，给他们铺好路。”赵忠贤对记者说，35岁是个很好的年龄段，有一定的学养基础，又有一定的科研能力，思想比较解放，如果选对一个科研目标并坚持下来，一定会有所成。他说，1977年他在《物理》杂志上发表《探索高临界温度超导体》的那篇文章，就是35岁时写的，36岁发表的。他说，如果按5年时间算作一代，那么，几代年轻人成长起来，在超导这个领域，中国有一批像陈仙辉等年龄比较轻的包括年龄40岁左右的国际一流学者，他们已经承担起下次突破的重任，有谁还能说中国的超导在国际上地位不高？

赵忠贤认为，不管是基础研究还是应用研究，超导还会有重大突破，而今年轻一代已能承担这个重任，因而在做基础研究之外，对实际应用中所遇到的关键问题应给予充分关注。他举例说，“人造小太阳”必须要用超导，加速驱动能源也需要超导，加速器升级改造还需要超导，现在医用核磁共振包括脑科学应用核磁共振成像、微波器件、量子计算机、大的电网安全维护等都要用超导，所以需要更多人才。

赵忠贤说，“有人说从事科研是坐‘冷板凳’，而我认为喜欢坐就是‘热板凳’。”他说，2001年度国家最高科技奖获得者黄昆先生获奖时曾有一个讲话：关键是要选择少而精的目标。要集中精力，切切实实解决一个个科学问题。赵忠贤说，科学问题有大有小，一个一个地解决问题，慢慢多起来了，最终有一天就能解决一个大问题。如果，每个人都能认真解决一个科学问题，把有限的精力包括人财物、设备以及时间，集中于解决某一个问题，积累起来，就会促进科学进步，促进文明进步。

赵忠贤强调说，人才队伍的成长是一辈一辈的。实际上传统文化就是在团队里面慢慢形成的。团队中每人都各有所长，若能发挥各人特长，慢慢地团队文化就形成了。如果大家都以解决科学问题为目标，愿意选择少而精的目标，齐心协力，发挥各自特长，则肯定会有成绩，团队会发展起来，人才自然就会脱颖而出。

记者了解到，在中科院物理所，从事超导研究的人才队伍成长正是一辈一辈薪火相传。

超导国家重点实验室主任周兴江，可谓年轻一代的一位代表。1991～1994年他师从赵忠贤攻读博士学位，1995～1997年为德国斯图加特马普固体研究所洪堡学者，1997～2006年为美国斯坦福大学物理学者兼美国劳仑斯Berkeley国家实验室先进光源束线科学家，他与研究团队的“真空紫外激光角分辨光电子能谱对高温超导机理相关科学问题的研究”项目，获得了2015年度国家自然科学奖二等奖，项目主要完成人还有该研究组的刘国东、赵林，两位中科院院士——中科院理化技术研究所的许祖彦、陈创天。

2004年5月，周兴江入选中科院百人计划，加入超导实验室，其研究方向为高温超导体角分辨光电子能谱研究。角分辨光电子能谱研究可从费米面结构，对高温超导体能隙对称性等方面提供本征科学信息，揭示高温超导体的微观超导机理。

为在中国发展角分辨光电子能谱研究，周兴江主持研制了国际上第一台超高能量分辨真空紫外激光角分辨光电子能谱仪，从设计、安装到调试，都由他的研究组独立完成。该能谱仪2006年研制成功，其重要之处在于，采用了两位中科院院士陈创天、许祖彦提供的具有中国自主知识产权的KBBF非线性光学晶体和棱镜耦合技术，以及真空紫外激光这种新的第三代光源。较之传统的同步辐射光源和气体放电光源角分辨光电子能谱仪，该能谱仪具有独特优势，首次实现了优于1毫电子伏的超高能量分辨率；而且新技术的应用，赋予了角分辨光电子能谱仪独特的高功能，包括超高能量分辨率、超高光束强度和对材料体效应（材料表面以下更深层）测量的敏感性等，把角分辨光电子能谱仪技术提高到新的高度。2007~2010年，周兴江研究组取得了一系列重要成果，这些研究成果显示了该仪器的强大功能。该组利用高能量真空紫外激光光源探测深层信息的优势，已成为国际上角分辨光电子能谱研究的重要研究组之一。

超导电子配对对称性研究，一直是20世纪90年代以来认识铜氧化高温超导机理的一个重要方面。周兴江在2006年建成真空紫外激光角分辨光电子能谱仪之后，对Bi-2201的超导能隙、赝能隙随温度和动量依赖关系进行了详细和精确的测量，发现了二者之间的非常规演化关系。他的研究组利用角分辨光电子仪对铁基超导体的电子结构、费米面和超导能隙进行研究，获得重要进展。为铁基高温超导体机理的建立提供了重要信息。

继首台超高能量分辨真空紫外激光角分辨光电子能谱仪研制成功之后，周兴江研究组又建成了国际上第一台真空紫外激光同时具有自旋分辨和角分辨功能的光电子能谱仪和真空紫外激光基于飞行时间能量分析器的角分辨光电子能谱仪。

2016年11月14日，周兴江获2015年度发展中国家科学院（TWAS）物理学奖。这是继赵忠贤第一次获1987年度该奖之后，中国科学家最近一次获该奖。