百年清华

刘春芳:室温超导之梦

2017-08-17 | 刘春芳(1967冶金) |

我于1967年从清华大学冶金系金属学及金属材料毕业后,被分配到西北有色金属研究院,一直从事超导材料研究工作,五十年没变。毕业后,一直记得在校时大家说的一句话,也是一个目标,“为祖国健康工作50年”。

班里一共30个同学,毕业分配时,有九个同学分在同一个单位,即地处秦岭深山的西北有色金属研究院。九个同学是:陈义超、马琳、张伯言、张忠信、李宗耀、武希哲、胡芷华、吴孝祖和我。多年来,有的同学调回家乡或调到大城市,最后只留下义超、马琳、孝祖和我。80年代开始,义超成了我们这个地区的总领导(地市级),即西北有色金属研究院和宝鸡有色金属加工厂的院长、厂长、书记集于一身。孝祖当了超导研究所的所长、书记。在他们领导下工作我很骄傲、自在,特别好。看书、学习、工作,虽然辛苦但很充实。

参加工作以后,深深感到学校课程设置的良苦用心,我们学到的知识在实际工作中样样有用。画法几何、工程制图教会了我们工程师最基本的技能。车、钳、刨、铣、磨、铸的生产实习使我们既能设计零件又能亲自操作加工。众多基础课、专业课以及理论物理、理论力学、数理统计、数理方程、量子力学、复变函数等课程的设置学习使我们不仅能应付解决材料研究领域工程问题的需要,而且也能应付解决理论问题的需要。但无论如何,对解决实际科研问题来说,在学校学到的知识还很不够,更重要的是在实际工作中不断学习。

参加工作的50年中,我们的工作一直与世界超导材料研究的脉搏跳动同步。下面和同学分享我们的“室温超导之梦”。

回忆走过的50年,我们一直拼杀在新材料研制的先头部队中。每种材料的研制都经过制备标准成分和结构的样品,通过加工热处理使超导性能最佳化的过程,每种材料都取得了令人满意的成果。西北有色金属研究院,在世界超导材料研究领域,特别是超导性能方面占有一席之地,一直受到世界同行的重视,其中也有我们的一份贡献。从80年代初开始我担任“高温超导体研究组”的组长,研究的目标是室温超导材料。

影响超导体实际应用的关键是低温制冷环境的成本太高,如果发现和制备出室温超导体,超导应用将发生革命性变化,对人类社会和科学进步将产生巨大影响。室温一般是300 K 左右,考虑10%-20%的工作安全系数,室温超导体的工作温度应该在350 K 左右。寻找在350 K 左右温度下工作的超导体是我们的也是众多超导材料科研人员的“室温超导之梦”。发现超导体的100年来,超导体的工作温度虽然也一直随时间进展而增加,但非常缓慢。70年代,在电-声子耦合机制基础上推导的能达到的理论极限超导转变温度不超过 40 K。不少人怀疑室温下工作的超导体是不是存在?高温超导材料探索研究曾一度进入低谷。1986 年突然爆发出 La-Sr-Cu-O 30 K 左右出现超导电性的消息,使实验领域不断增长的悲观情绪一夜之间被击破。随后发现了Y-Ba-Cu-O 93 K 的超导电性,并在全世界范围出现了轰轰烈烈的高温超导研究热潮。1988 年发现 Bi- 基和 Tl- 基铜氧化物分别具有110 K 和 125 K 超导转变温度。1993 年发现具有最高超导转变温度 135 K(高压下增加至164 K)的Hg-基铜氧化物超导电性。虽然后来2001 年又发现了具有特殊意义的 40 K左右转变温度的 MgB2 超导体,及随后的铁基超导体,但是 HgBaCuO 的 164 K 最高超导转变温度的记录一直保持至今。从1980 年代中叶发现铜氧化物高温超导体至今又30 多年过去了,这期间人们探索高温超导体,室温超导体的步伐从来没有停止过,但是超导转变温度的最高记录依然是164 K,离室温350 K 还差太远。室温超导体存在吗?

众里寻他千百度,蓦然回首,那人却在灯火阑珊处。

其实,室温超导体就存在于生命物质中,存在于人体中。解释生命物质的超导电性需要新的理论和原理,需要新的物理学。室温超导是人类想要实现的梦想,又是新理论、新概念、新方法出现的突破口之一。物理问题说到底还是哲学问题。人类发展进程中最先进的哲学方法是辩证唯物论,一切事物都在发展变化,一成不变的事物是不存在的。物理学的原理、定律也应遵循基本的哲学规律。处理物理问题的角度和层次也应该与时俱进,这样,过去理论中遇到的超导转变温度的限制就不存在了。科学问题的研究没有止境,室温超导电性的研究也没有止境。有必要强调的是,中国古代的先哲们在“易经”和“经络”理论及实践中,有些方面早就走在了世界科学的前面。

虽然我们“为祖国健康工作50年”的目标基本实现了,但只要生命尚存,“室温超导之梦”还要继续做下去。淡泊明志一身轻,撑舟顺逆总前行,问道超导几十载,云在青天水在瓶。

怀念在校时的学习生活,思念全班的每个同学,再写几件记忆深刻,令人难忘的有关学习和同学情深的往事。

有一年五一节放春假,为了完成“旋转单晶 X 射线衍射实验报告”, 我在阶梯教室整整呆了三天,完成了那份挺厚的实验报告。交上去以后,得到老师的好评。这份报告对我一生的影响都很大。在后来几十年的工作中,有关 X 射线衍射和电子衍射研究物质结构的方法一直是经常使用的得心应手的实验手段。离开学校以后,校园内的一草一木都经常引起我的深思和怀念。清楚记得,写报告那几天早晨去阶梯教室,经过“闻亭”边上时,总看见路边草丛中的丁香树。当时,是春意正浓的时候,满树盛开白色丁香花,远远就能闻到阵阵幽香。静静的假日校园里,空空的阶梯教室中,丁香树用清香给我壮胆、提神,陪伴我撰写实验报告。印在心中的丁香树,现在一定长成大树了。

德智体全面发展是学校坚定不移的教育方针,学校特别注重同学的精神素质、思想方法素质、身体素质和知识素质的培养,使每一个清华学子具备一种清华人特有的厚德载物,自强不息的品行。每天下午四点半开始是锻炼身体时间,每天如此,从不间断。有一年参加中日青年联欢节,讨论青年对理想、学习、生活的看法,还在人民大会堂参加国宴。当时同学书生意气,热烈讨论问题的表情和声气,依然历历在目。有一年国庆节,我们扛重机枪,以整齐的民兵方队走过天安门,接受党和毛主席的检阅。真有“我也曾赴过琼林宴,我也曾打马御街前”的感觉。大概在大学三、四年级,暑期去通县军训,同学怕我出操时太阳晒,给我送帽子;下雨前给我及时送雨衣,我真切感受到同学的深情厚意。在这样的集体中生活和学习,感到特别幸福和愉快。暗下决心,一定好好学习、锻炼身体,做一个对国家有用的人。回忆几十年走过的路,我们基本没有虚度光阴,基本实现了“为祖国健康工作50年”的承诺。衷心感谢母校!

1988年我和孝祖去绵阳看望冯崇泰,当时老冯是绵阳市委、地委书记。列车晚点到达,一下火车,看见二十年没见面的老冯向我们招手,快步走向我们。老冯的秘书说:“我们书记在车站站台上已经等你们3个多小时了”。眼泪在我的眼眶中转了好几圈,忍住没让它流出来,说什么呢? 朝夕相处的同学深情尽在你我心中。


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