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2014年1月10日，國家科技獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)在人民大會(huì)堂隆重召開。中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席習(xí)近平,中共中央政治局常委、國務(wù)院總理李克強(qiáng)等出席大會(huì)并為獲獎(jiǎng)科學(xué)家頒獎(jiǎng)。

以趙忠賢、陳仙輝、王楠林、聞海虎、方忠為代表的中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)國家實(shí)驗(yàn)室(籌)(以下簡(jiǎn)稱“物理所”)和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)(以下簡(jiǎn)稱“中國科大”)研究團(tuán)隊(duì)因?yàn)樵?ldquo;40K以上鐵基高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)及若干基本物理性質(zhì)研究”方面的突出貢獻(xiàn)獲得了國家自然科學(xué)一等獎(jiǎng)。之前，這一獎(jiǎng)項(xiàng)已經(jīng)連續(xù)3年空缺。

這也是繼物理所在1989年“液氮溫區(qū)氧化物超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)及研究”獲得國家自然科學(xué)一等獎(jiǎng)以來，又一項(xiàng)高溫超導(dǎo)研究領(lǐng)域的國際一流成果。

物理學(xué)中的璀璨明珠，未來應(yīng)用的希望之星

超導(dǎo)，全稱超導(dǎo)電性，是20世紀(jì)最偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一，指的是某些材料在溫度降低到某一臨界溫度，或超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度以下時(shí)，電阻突然消失的現(xiàn)象。具備這種特性的材料稱為超導(dǎo)體。

在超導(dǎo)研究的歷史上，已經(jīng)有10人獲得了5次諾貝爾獎(jiǎng)，其科學(xué)重要性不言而喻。目前，超導(dǎo)的機(jī)理以及全新超導(dǎo)體的探索是物理學(xué)界最重要的前沿問題之一。它仿佛是鑲嵌在山巔的一顆璀璨明珠，吸引著全世界無數(shù)的物理學(xué)家甘愿為之攀登終生。同時(shí)，超導(dǎo)在科學(xué)研究、信息通訊、工業(yè)加工、能源存儲(chǔ)、交通運(yùn)輸、生物醫(yī)學(xué)乃至航空航天等領(lǐng)域均有重大的應(yīng)用前景，受到人們的廣泛關(guān)注。

也許大多數(shù)人還沒有察覺到，其實(shí)超導(dǎo)已經(jīng)或多或少地走進(jìn)了人們的生活。近年來，國內(nèi)外相繼研制成功了多種超導(dǎo)材料和超導(dǎo)應(yīng)用器件，超導(dǎo)正在為人類的工作、學(xué)習(xí)和生活提供著便利。如高溫超導(dǎo)濾波器已被應(yīng)用于手機(jī)和衛(wèi)星通訊，明顯改善了通信信號(hào)和能量損耗;世界上各醫(yī)院使用的磁共振成像儀器(MRI)中的磁體基本上都是由超導(dǎo)材料制成的;使用的超導(dǎo)量子干涉器件(SQUID)裝備在醫(yī)療設(shè)備上使用，大大加強(qiáng)了對(duì)人體心腦探測(cè)檢查的精確度和靈敏度;世界上首個(gè)示范性超導(dǎo)變電站也已在我國投入電網(wǎng)使用，它具備體積小、效率高、無污染等優(yōu)點(diǎn)，是未來變電站發(fā)展的趨勢(shì)。

這些超導(dǎo)應(yīng)用，在1911年荷蘭物理學(xué)家Onnes發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)的時(shí)候，人類絕對(duì)沒有預(yù)測(cè)到它今天的應(yīng)用。超導(dǎo)在未來可能給人類生活帶來多大的變化，也將大大超乎我們今天的預(yù)期。若能發(fā)現(xiàn)室溫超導(dǎo)體，人類生存所面臨的能源、環(huán)境、交通等問題將迎刃而解。

中國成果震動(dòng)學(xué)術(shù)界

物理學(xué)家麥克米蘭根據(jù)傳統(tǒng)理論計(jì)算斷定，超導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變溫度一般不能超過40K(約零下233攝氏度)，這個(gè)溫度也被稱為麥克米蘭極限溫度。

是否人類對(duì)超導(dǎo)的應(yīng)用確實(shí)只能被限制在40K以下，還是麥克米蘭使用的傳統(tǒng)理論本身存在缺陷?40K麥克米蘭極限溫度是否可能被突破?為了探索這個(gè)問題，世界各地的科學(xué)家們做了無數(shù)次嘗試。1986年，兩名歐洲科學(xué)家發(fā)現(xiàn)以銅為關(guān)鍵超導(dǎo)元素的銅氧化物超導(dǎo)體，轉(zhuǎn)變溫度高于40K，因而被稱作為高溫超導(dǎo)體。2007年10月以來，王楠林、陳根富研究組就嘗試生長(zhǎng)LaOFeP和LaOFeAs單晶樣品，并計(jì)劃開展其他稀土替代物CeOFeAs等材料的合成。2008年2月下旬，日本化學(xué)家細(xì)野(Hosono)報(bào)道在四方層狀的鐵砷化合物：摻F的LaOFeAs中存在轉(zhuǎn)變溫度為26K的超導(dǎo)電性。之后，中國的鐵基超導(dǎo)研究工作像井噴一樣。中國科學(xué)家首先發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)變溫度40K以上的鐵基超導(dǎo)體，接著又發(fā)現(xiàn)了系列的50K以上的鐵基超導(dǎo)體。與銅氧化物高溫超導(dǎo)體不同，初步的研究表明，鐵基超導(dǎo)體在工業(yè)上更加容易制造，同時(shí)還能夠承受更大的電流，這為應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。但與此同時(shí)，鐵基超導(dǎo)體性質(zhì)極為復(fù)雜，對(duì)科研人員的理論功底和實(shí)驗(yàn)技能都提出了更高的要求。

為了徹底揭開高溫超導(dǎo)的原理，探索和尋找到臨界溫度更高、更能廣泛應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)生活、惠及千家萬戶的超導(dǎo)體，物理所和中科大的科學(xué)家們?cè)阼F基高溫超導(dǎo)研究中引領(lǐng)了國際研究的熱潮。國際知名科學(xué)刊物Science刊發(fā)了“新超導(dǎo)體將中國物理學(xué)家推到最前沿”的專題評(píng)述，其中這樣評(píng)價(jià)道：“中國如洪流般涌現(xiàn)的研究結(jié)果標(biāo)志著，在凝聚態(tài)物理領(lǐng)域，中國已經(jīng)成為一個(gè)強(qiáng)國”。同時(shí)鐵基超導(dǎo)體工作研究被評(píng)為美國Science雜志“2008年度十大科學(xué)突破”、美國物理學(xué)會(huì)“2008年度物理學(xué)重大事件”及歐洲物理學(xué)會(huì) “2008年度最佳”。

2013年2月，中國科學(xué)院國家科學(xué)圖書館統(tǒng)計(jì)顯示，世界范圍內(nèi)鐵基超導(dǎo)研究領(lǐng)域被引用數(shù)排名前20的論文中，9篇來自中國，其中7篇來自該研究團(tuán)隊(duì)。這一切都表明，該團(tuán)隊(duì)在鐵基超導(dǎo)方面的研究，毫無疑問已經(jīng)走在了世界的最前沿。

高溫超導(dǎo)的研究基地

物理所對(duì)高溫超導(dǎo)的探索和研究歷史可以追溯到上世紀(jì)70年代。1986年，銅氧化物高溫超導(dǎo)體被發(fā)現(xiàn)。1987年物理所研究組獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了起始轉(zhuǎn)變溫度在100K以上的Y-Ba-Cu-O新型超導(dǎo)體。在此之前，世界上一切超導(dǎo)研究都必須采用昂貴并難以使用的液氦來使超導(dǎo)體達(dá)到轉(zhuǎn)變溫度，這對(duì)超導(dǎo)研究形成了巨大的障礙。物理所的這項(xiàng)成果把使用便宜而好用的液氮來達(dá)到超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，為超導(dǎo)研究開辟了一片嶄新的天地，大大方便和加速了全世界的高溫超導(dǎo)研究，并榮獲1989年國家自然科學(xué)一等獎(jiǎng)。同年，經(jīng)國家計(jì)委批準(zhǔn)，物理所成立了超導(dǎo)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。 以“液氮溫區(qū)氧化物超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)及研究”為代表，物理所作為中國最重要的高溫超導(dǎo)研究基地，在銅氧化物高溫超導(dǎo)體的研究中做出了一系列重要的研究成果，為人類理解和應(yīng)用超導(dǎo)體做出了中國人應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

中科大從上個(gè)世紀(jì)80年代以來，也一直在高溫銅氧化合物超導(dǎo)研究領(lǐng)域從事著重要的工作，并于1992年成立了中科大超導(dǎo)研究所，為我國在高溫超導(dǎo)領(lǐng)域的發(fā)展做出了重要的貢獻(xiàn)。同時(shí)，經(jīng)過中科大幾代人的努力堅(jiān)持，為我國培養(yǎng)并儲(chǔ)備了一批從事高溫超導(dǎo)研究的專業(yè)人才。

銅氧化物高溫超導(dǎo)體在人類超導(dǎo)研究的歷史上發(fā)揮了重要的作用，但它們屬于陶瓷性材料，復(fù)雜的制作工藝使其大規(guī)模應(yīng)用難以實(shí)現(xiàn)。上個(gè)世紀(jì)九十年代中后期，國際物理學(xué)界傾向認(rèn)為銅氧化物超導(dǎo)體能給出的信息基本上被挖掘殆盡，通過銅氧化物超導(dǎo)體探索高溫超導(dǎo)機(jī)理的研究遇到了瓶頸。

機(jī)遇和有準(zhǔn)備的頭腦

銅氧化物高溫超導(dǎo)體研究進(jìn)入瓶頸期以后，國際上的相關(guān)研究進(jìn)入低谷，在各種學(xué)術(shù)期刊，特別是那些高影響因子的期刊上發(fā)表高溫超導(dǎo)的論文變得愈發(fā)困難。國內(nèi)的高溫超導(dǎo)研究因此遭受了打擊，相關(guān)研究人員紛紛轉(zhuǎn)到其他領(lǐng)域。

物理所很早認(rèn)識(shí)到評(píng)價(jià)科學(xué)研究的關(guān)鍵是工作本身的科學(xué)意義，而非論文數(shù)量或影響因子。高溫超導(dǎo)具有極高的科學(xué)重要性和廣泛的應(yīng)用前景，探索新型高溫超導(dǎo)材料，開辟更多的高溫超導(dǎo)研究蹊徑，才是應(yīng)對(duì)瓶頸期的正確態(tài)度。在這樣的評(píng)價(jià)機(jī)制下，物理所頂著“沒有好文章”的壓力堅(jiān)持高溫超導(dǎo)研究，為將來的科學(xué)突破做好了準(zhǔn)備。與此同時(shí)，以陳仙輝為代表的中科大超導(dǎo)研究所的研究人員也一直堅(jiān)持在高溫超導(dǎo)研究領(lǐng)域默默耕耘，并保持著對(duì)高溫超導(dǎo)二十年如一日的研究熱情，并與物理所的同行建立了良好的合作研究，為后來的鐵基超導(dǎo)研究奠定了合作基礎(chǔ)。

基于長(zhǎng)期的超導(dǎo)研究，物理所趙忠賢院士等從事超導(dǎo)研究的科研人員認(rèn)為在某些具有特殊磁或電荷性質(zhì)的層狀結(jié)構(gòu)體系中可能存在高溫超導(dǎo)體，并一直不懈探索。2008年2月下旬，日本化學(xué)家細(xì)野(Hosono)報(bào)道在四方層狀的鐵砷化合物：摻F的LaOFeAs中存在轉(zhuǎn)變溫度為26K的超導(dǎo)電性。雖然這個(gè)轉(zhuǎn)變溫度仍然低于40K，但它立刻引起了物理所人的注意。由于鐵的3d軌道電子通常傾向形成磁性，在該種結(jié)構(gòu)體系中出現(xiàn)26K超導(dǎo)則非同尋常，有可能具有非常規(guī)超導(dǎo)電性。以趙忠賢院士為首，大家一致認(rèn)為：LaOFeAs不是孤立的，26K的轉(zhuǎn)變溫度也大有提升空間，類似結(jié)構(gòu)的鐵砷化合物中很可能存在系列高溫超導(dǎo)體。必須抓住機(jī)遇，全力以赴!

突破極限，勇攀新高

由于最早發(fā)現(xiàn)的鐵基超導(dǎo)樣品轉(zhuǎn)變溫度只有26K，低于麥克米蘭極限，當(dāng)時(shí)的國際物理學(xué)界對(duì)鐵基超導(dǎo)體是不是高溫超導(dǎo)體舉棋不定。中科大陳仙輝研究組和物理所王楠林研究組同時(shí)獨(dú)立在摻F的SmOFeAs和CeOFeAs中觀測(cè)到了43K和41K的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度，突破了麥克米蘭極限，從而證明了鐵基超導(dǎo)體是高溫超導(dǎo)體。這一發(fā)現(xiàn)在國際上引起了極大的轟動(dòng)，標(biāo)志著經(jīng)過20多年的不懈探索，人類發(fā)現(xiàn)了新一類的高溫超導(dǎo)體。

為了進(jìn)行更加系統(tǒng)和深入的研究，必須合成一系列的鐵基超導(dǎo)材料才能提供全面、細(xì)致的信息。物理所的趙忠賢組利用高壓合成技術(shù)高效地制備了一大批不同元素構(gòu)成的鐵基超導(dǎo)材料，轉(zhuǎn)變溫度很多都是50K以上的，創(chuàng)造了55K的鐵基超導(dǎo)體轉(zhuǎn)變溫度紀(jì)錄并制作了相圖，被國際物理學(xué)界公認(rèn)為鐵基高溫超導(dǎo)家族基本確立的標(biāo)志。

中科大陳仙輝組在突破麥克米蘭極限后，又對(duì)電子相圖和同位素效應(yīng)進(jìn)行了深入研究，發(fā)現(xiàn)在相圖區(qū)間存在超導(dǎo)與磁性共存和超導(dǎo)電性具有大的鐵同位素效應(yīng)，這些現(xiàn)象后來都被證明是大多數(shù)鐵基超導(dǎo)體的普適行為，對(duì)理解鐵基超導(dǎo)體的超導(dǎo)機(jī)理提供了重要的實(shí)驗(yàn)線索。另外，陳仙輝組發(fā)展了自助溶劑方法，生長(zhǎng)出高質(zhì)量的單晶，為后續(xù)的物性研究奠定了基礎(chǔ)。

物理所王楠林組從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)出發(fā)，猜測(cè)LaOFeAs在低溫時(shí)有自旋密度波或電荷密度波的不穩(wěn)定性，超導(dǎo)與其競(jìng)爭(zhēng)。聞海虎小組合成了首個(gè)空穴型為主的鐵基超導(dǎo)體。方忠與實(shí)驗(yàn)工作者深入合作，進(jìn)一步加強(qiáng)了有關(guān)物性研究。方忠及其合作者計(jì)算了LaOFeAs的磁性，并且得到了和猜測(cè)一致的不穩(wěn)定性，做出了“條紋反鐵磁序自旋密度波不穩(wěn)定性與超導(dǎo)競(jìng)爭(zhēng)”的判斷。這一預(yù)言隨后被國外同行的中子散射實(shí)驗(yàn)證實(shí)。在當(dāng)前的鐵基超導(dǎo)機(jī)理研究中，自旋密度波不穩(wěn)定性同超導(dǎo)的關(guān)系已經(jīng)成為最主流的方向。

截至2013年1月4日，鐵基超導(dǎo)體的8篇代表性論文SCI共他引3801次， 20篇主要論文共SCI他引5145次。相關(guān)成果在國際學(xué)術(shù)界引起強(qiáng)烈反響，被Science、 Nature、 Physics Today、Physics World等國際知名學(xué)術(shù)刊物專門評(píng)述或作為亮點(diǎn)跟蹤報(bào)道。著名理論物理學(xué)家，美國佛羅里達(dá)大學(xué)Peter Hirschfeld教授說：“一個(gè)或許本不該讓我驚訝的事實(shí)就是，居然有如此多的高質(zhì)量文章來自北京，他們確確實(shí)實(shí)已進(jìn)入了這個(gè)(凝聚態(tài)物理強(qiáng)國)行列”;美國斯坦福大學(xué)Steven Kivelson教授說：“讓人震驚的不僅是這些成果出自中國，重要的是它們并非出自美國。”

默默無聞，無私奉獻(xiàn)

在五名獲得國家自然科學(xué)一等獎(jiǎng)的科學(xué)家背后，有著一支龐大的研究團(tuán)隊(duì)。他們雖然默默無聞，但所做的杰出貢獻(xiàn)都在鐵基超導(dǎo)體的研究中熠熠閃光。

當(dāng)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的鐵基超導(dǎo)體系不斷產(chǎn)出優(yōu)秀論文的時(shí)候，物理所的靳常青“要走別人沒走過的路，要做出自己的新體系”。他通過不懈地嘗試和探索，在鐵基超導(dǎo)體1111體系和122體系之外，找到了第三種全新的以LiFeAs為代表的111體系超導(dǎo)體，引起了強(qiáng)烈的國際反響。LiFeAs的自旋密度波性質(zhì)和其他體系有著明顯的不同，這對(duì)進(jìn)一步探索高溫超導(dǎo)的內(nèi)在物理機(jī)制和提高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度都有重要的意義。

丁洪是國家第一批“****”入選者。他放棄了美國波士頓學(xué)院的終身教授職位毅然回國后的第二天就投入到了鐵基超導(dǎo)的研究當(dāng)中。當(dāng)時(shí)，丁洪在國內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室還沒有建成，他拿著樣品跑到日本完成了測(cè)量，首次在實(shí)驗(yàn)上提出了鐵基超導(dǎo)體的能隙對(duì)稱性，解決了這個(gè)曾在銅氧化物超導(dǎo)體中被長(zhǎng)時(shí)間爭(zhēng)論的問題。

任治安當(dāng)時(shí)是趙忠賢組的主要成員之一，之前也是趙忠賢的博士生，直接與其他80后一起合成了一系列轉(zhuǎn)變溫度在50K以上的鐵基超導(dǎo)體。

王楠林研究組當(dāng)時(shí)有一員干將名叫陳根富，2007年10月回國加入該組后，即著手開展了LaFeAsO等鐵砷超導(dǎo)材料的探索合成工作。他不但率先發(fā)現(xiàn)了41K的CeFeAs(O,F)新超導(dǎo)體，還首次生長(zhǎng)出了一批高品質(zhì)的超導(dǎo)單晶樣品，推動(dòng)了相關(guān)鐵基超導(dǎo)機(jī)理的研究。

就是這樣一群值得世人崇敬的科學(xué)家，積極進(jìn)取，努力拼搏，淡泊名利，勇攀高峰，讓世界對(duì)中國豎起了大拇指。而在我們滿懷著景仰之情采訪他們的時(shí)候，他們卻一點(diǎn)也不覺得自己做了什么了不起的事情。就像趙忠賢院士說的那樣，“榮譽(yù)歸于國家，成績(jī)屬于集體，個(gè)人只是其中的一分子”是每一個(gè)物理所人心中的信條。他們還反復(fù)強(qiáng)調(diào)說，自己只是中國科研人員中一個(gè)最最普通的集體。我們相信，和他們一樣優(yōu)秀和勤奮，樂于奉獻(xiàn)，有志報(bào)國的科學(xué)家在中國的各個(gè)地方、各個(gè)領(lǐng)域還有很多，都在等待著厚積薄發(fā)，破繭而出的那一刻。

民生超導(dǎo)，強(qiáng)國超導(dǎo)

百余年長(zhǎng)盛不衰的超導(dǎo)研究歷史，表明新超導(dǎo)體探索存在廣闊的空間，特別是鐵基高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)也為潛在的重大應(yīng)用提供了全新的材料體系。無論是比高鐵快近一倍的超導(dǎo)磁懸浮列車，比現(xiàn)有計(jì)算機(jī)快數(shù)十倍的超導(dǎo)計(jì)算機(jī)，還是基于超導(dǎo)技術(shù)的導(dǎo)彈防御和潛艇探測(cè)系統(tǒng)，都將在不遠(yuǎn)的未來走進(jìn)我們的生活、生產(chǎn)和國防。超導(dǎo)，這項(xiàng)二十世紀(jì)初的偉大科學(xué)發(fā)現(xiàn)，必將在二十一世紀(jì)改變每一個(gè)人的生活。

習(xí)近平總書記在考察中科院時(shí)，提出了“率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設(shè)國際一流科研機(jī)構(gòu)”的明確要求和殷切期望，為中科院引領(lǐng)支撐創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，全面深化科研體制改革，取得科技跨越發(fā)展，建設(shè)一流科研機(jī)構(gòu)指明了方向。世界科技的競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)演化為國家綜合實(shí)力的競(jìng)爭(zhēng)，物理研究所放眼前沿，勇爭(zhēng)一流，鐵基高溫超導(dǎo)只是他們科技強(qiáng)國夢(mèng)里的一個(gè)片段。許許多多這樣的片段連接起來，就可以被譜寫成中華民族偉大復(fù)興的感人篇章。