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

1908年，荷蘭萊頓大學教授?？恕ぐ簝?nèi)斯（Heike Kamerlingh Onnes）在實驗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率，從而發(fā)現(xiàn)了著名的“超導”現(xiàn)象。

(資料圖)

公開資料顯示，超導是指材料在低于某一溫度時，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轉(zhuǎn)變溫度。超導現(xiàn)象的特征是零電阻和完全抗磁性，因此超導材料這是一種革命性的材料。

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

近日，2023未來科學大獎獲獎名單揭曉。

因?qū)Ω邷爻瑢Р牧系耐黄菩园l(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，中國超導領域的兩位關鍵人物——中國科學院物理研究所研究員、中國科學院院士趙忠賢，中國科學技術大學物理學院教授、博士生導師、中國科學院院士陳仙輝兩位學者，被授予2023未來科學大獎“物質(zhì)科學獎”。

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

會后，國內(nèi)超導領域科學家、中國科學技術大學物理學院物理系教授、中國科學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、超導的應用與研究方向，而且還回應了當下熱議的室溫超導研究。

超導技術之路：回溯37年前的起點

陳仙輝1963年出生于湖南湘潭，目前是中國科學技術大學物理系和合肥微尺度物質(zhì)科學國家實驗室教授、博士生導師，中國科學院院士。

“沒有高溫超導，也不會有今天我坐在這里跟各位交流了，1986年的高溫超導就是我發(fā)展到現(xiàn)在的一個契機。”陳仙輝談及當時能進入超導技術領域，是因為剛好趕上1986年的高溫超導領域的突破性進展，時年23歲在杭州大學（現(xiàn)浙江大學）讀碩士研究生的陳仙輝，正即將前往中國科大應用化學系錢逸泰和陳祖耀實驗室學習。

據(jù)悉，1986年1月，德國科學家約翰內(nèi)斯·貝德諾爾茨，以及瑞士科學家卡爾·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體的時代。這也促使了科學界探索發(fā)現(xiàn)高溫超導技術。

1992年，陳仙輝獲中國科學技術大學凝聚態(tài)物理專業(yè)博士學位，并留校工作。此后，其以洪堡基金學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技術研究院，以及美國德克薩斯超導研究中心工作。

1998年，陳仙輝被聘為中國科學技術大學物理系教授。其主要研究方向是新型非常規(guī)超導體的探索及超導和強關聯(lián)物理的研究。此外，他還同時擔任中國物理學會理事、中國物理學會低溫物理專業(yè)委員會主任、超導國家重點實驗室學術委員會委員等學術職位。

2008年2月，日本科學家發(fā)現(xiàn)了一種臨界溫度為26K（零下247.15攝氏度）的新型超導材料，引起陳仙輝的高度關注。他帶領研究生經(jīng)過一個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到43K（零下230.15℃）的鐵基化合物超導體——氟摻雜釤氧鐵砷化合物，突破了40 K的麥克米蘭極限。

當年3月25日，這項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。

陳仙輝團隊

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

據(jù)悉，BCS理論是美國物理學家約翰·巴丁、利昂·庫珀和約翰·席弗于1957年提出的，三人認為在常規(guī)超導體中，低溫下兩個原本均帶負電、互相排斥的電子，通過影響原子晶格產(chǎn)生的振動（這一振動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”。在量子相干效應下，這些“庫伯對”可以在晶格中無損耗地運動，形成了整體的超導電性。同時，超導體內(nèi)部磁感應強度為零，這就是完全抗磁性或邁斯納效應。

經(jīng)歷了37年一步一個腳印對超導技術的不斷探索，如今，他已成為推動全球超導領域發(fā)展的關鍵人物。

科學的東西只能探索

“超導真的是一個非常大的戰(zhàn)略性技術領域?！标愊奢x對鈦媒體App表示。

據(jù)陳仙輝介紹，現(xiàn)在超導技術應用發(fā)展就是主要三類：能源、信息、生物技術。而超導材料既可以支撐能源技術，還能支撐信息技術，具有廣泛的應用，如核磁共振、超導磁懸浮列車。在科學里，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。托克馬克核聚變實驗裝置加速器里用的電子加速與控制也需要超導。

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

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

事實上，最近幾年，超導領域的科學家們開始向物理學的“圣杯”發(fā)起挑戰(zhàn)——尋找室溫超導材料。

室溫超導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)的超導現(xiàn)象。而超導材料有兩個特性——零電阻和完全抗磁性，零電阻即電流通過超導體沒有能耗，電阻為零。

被問到近期熱門的室溫超導研究，他沒有直接發(fā)表意見，但陳仙輝向鈦媒體App強調(diào)，科學的東西只能探索，必須要嚴謹面對。

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

“如果（室溫超導）是真的，那確確實實對于人類來說是一個了不得的進展，因為它是室溫超導還是那么高的溫度（約127攝氏度）。室溫超導會給人們生活帶來的變化將是天翻地覆的。到那個時候，我們出門可以坐上懸浮的超導車，甚至手機、手提電腦充一次電就能用上好幾個月。”陳仙輝補充稱。

那么，在超導領域，是理論先取得突破再指導實驗方向，還是先發(fā)現(xiàn)更具突破性的超導材料，再反過來激發(fā)理論的進展？對此，陳仙輝認為，兩者是相輔相成的，但是到目前為止，從超導角度來講，理論指導實驗還是很難。

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

（本文首發(fā)鈦媒體App，作者｜林志佳，編輯｜馬金男）

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