上个世纪八十年代末，美国一个挤满人的物理学会议上，在此领域内德高望重的物理学家们纷纷上台演讲。他们大部分都是外国人。然而，在一众高鼻深目的外国面孔中，有一位长相平凡但充满温润气质的人走上了讲台，一番演讲后赢得了全世界顶尖科学家的掌声。

这个中国院士是研究超导体的。

“超导体”这个名字在普罗大众的生活中很难听到，对它有所了解的一般也是专门研究这方面的专家教授。

近几年，超导体在磁体、高灵敏探测器等方面得到了相应的使用。

我们可以看出超导体所应用的领域都十分的重要，尤其是在计算机和磁悬浮列车两方面。截止至近年，超导领域已经有五个主要类型。

不过大家应该对它的“亲戚”半导体十分熟悉。

半导体经常出现在我们日常所能见到的大部分的电子产品中，如电脑、手机等当中的核心零部件都和其有着不可分割的关系。

超导体究竟是什么？

半导体简单来说即是一种导电材料，它的性能往往比导体差，但又比绝缘体好，因此被叫做半导体。

那我们由此可推，当某些物体的电阻率降低到0时，这些物体就是所谓的“超导体”，某些具有该性质的物体都是超导体。

不过超导体并不是本世纪才发现的新玩意儿，早在上世纪初期，荷兰的一名科学家就发现了有超导属性的物体。

在他的基础上又相继合成了铌、铝、铌、锡等具有抗磁性、可调谐、损耗低、宏观量子反应等特点的人造电磁材料。

但在当时，人们对超导现象的认识并不十分清晰，对它的实质性应用仍然很少。尤其是作为发展中国家的中国。

超导体是如何一步步被发现的？

我国的超导事业之路并未是一帆风顺。

直到上世纪中叶，我国才开始这方面的建设，当时我国还是一个刚刚在世界范围内立足的发展中国家，需要付出比其他国家还要多的努力。

此前的半个世纪，人们在研究超导体的过程中，也有很多新的金属在超低温度的情况下被发现为拥有超导体的性质。

1911年到1932，陆续有锡、铅、铌等金属元素的超导体被发现。1932年到1973年，陆续又发现一些有超导性质的金属。

前面我们知道是荷兰的麦林·昂尼斯通过使用液态氮来测量低温下的金属的电阻，因此发现了超导体。

90多年前的普通一天，昂尼斯十分讶异，因为他观察到当水银的温度在0K的时候，也就是-273.2℃时，它的电阻竟然是“0”。

把电阻降低到0？这意味着电流在输送过程中不会产生损耗，昂尼斯兴奋不已地把这种材质命名为“超导体”。

不过这时他还不能预测到这一重大发现将给人类的生活带来多么大的变化。

从此，关于超导体的研究也就真正开始了。在过去的100多年里，从事超导体技术的科学家获得了5项诺贝尔奖，这是其他领域难以企及的荣耀。

昂尼斯的接班人，德国的迈斯纳在前人的发现上又做了更大的补充，他提出：

超导体除了具有耐电阻能力之外，还具有极高的耐磁能力。

根据研究结果，任何一种元素或者一种合金，在达到了超导体的条件下，都会呈现出一种“抗磁”的特性。

何为超导体的致命弱点——麦克米兰极限？

但是在发现优点之后，这些科学家们也发现了超导体的一个致命弱点，这个弱点导致它不能广泛运用于我们人类的日常生活之中。

那就是超导材料必须是在极寒的环境中工作，至少是不能低于零下200摄氏度的地方。

我们可以想象，一方面要建立一个超导体，必须要有极高的冷却技术；

另一方面在超导体的形成中，由于电阻器的突然改变，原本的电力会在一段时间里迅速变化，这就给高电压的环境带来了极大的困难。

超导体的形成需要足够的冷却，而这并不是一件容易的事情。

它需要大量的液态氮来支撑，因此一台超导系统的运转和维修，将会是一个天文数字。

于是麦克米兰根据超导体的原理得出了一个结论，即超导体的过渡温度通常不会高于40K，也就是所谓的麦克米兰极限。

在漫长的岁月中，有多少物理学者试图突破麦克米兰的限制，向40K以上的超导体发起挑战？

是否真的有液氮温区之上的超导体？

虽然在国际上，科学家们已经将超导材料分为了“高温和低温”两大类，但是在麦克米兰40K的限制下，这些分类却始终只是一个不能做到的事情。

液态温区中竟能有超导体的存在，麦克米兰极限将被打破？

这一低温局限的窘境直到我国的赵忠贤院士的出现才被打破，当年，他即获得了我国科技界领域的最高荣誉。

大家都很敬佩他，因为他一个人在超导这枯燥深奥的领域中待了五十年也丝毫未感厌倦和疲惫。

赵忠贤之所以能获得那么大的荣誉是因为他和他的研究小组在液态温区成功地找到了一种新型的超导体。

无法想象这个消息是何等的震撼，这一发现不仅使我国跃进超导的国际圈子中，而且直接成为顶流。

这种超导材料，也就是超越了麦克米兰极限的超导材料，并不是随机就发现的，这其中有着赵院士废寝忘食的努力。

实际上，赵忠贤院士在上世纪七十年代一直在美国剑桥大学第二类超导体实验室工作学习，学成归国后就开始了对高温超导体的探索。

赵忠贤的研究小组在艰苦的研究中，不得不四处收集各种二手的仪器；

一些市场上买不到的他们就自己动手做，现场搭建了炉子，搭建了新的实验室。

在如此恶劣的环境下，赵忠贤还参加了一次关于导体高临界高温的会议。

到了一九八六年，几个国内外主要的科研机构——包括赵忠贤在内，同时打破了40K麦克米兰的超导体极限；

并在70K的条件下，找到了70K的超导体。

前面我们知道，超导材料之所以能够在超导体内产生强大的电流，是由于超导材料本身没有任何的电阻；

所以超导材料在超导材料中会产生大量的能量，从而产生强大的磁力。

超导材料具有储能环、磁悬浮列车、超导发电机、高分辨率核磁共振设备等多种用途。

超导磁悬浮列车在行驶过程中通过对导线的切入，会形成一种由导线引起的感应电流，从而使其具有横向的过弯和纵向的浮力，从而达到了悬浮的目的。

科技强则国强，我国的国际地位大幅提升

赵忠贤是中国常温超导体领域的开拓者，他领导了中国在常温超导体领域的发展，并在国际上取得了领先地位。

赵忠贤的团队花了二十多年的时间，建立起了一套完整的铜氧化物超导体的物理机制。

他相信，在这种具有多重协同效应的矩形结构中，可以达到高温超导体的目的。

不过在当时，日本西野秀雄的团队报告了一种新的发现：含氟化物的镧-铁-砷-氧系统中有超导性。

另外日本的一位科研人员也已经找到了二硼化镁的超导体，从而使日本的超导体的名声大增。

对于赵忠贤来说此时想要超越风头正盛的日本并且突破自己，这是一件很难的事情。

不过好在苏黎世的一家研究所，在公布了一份关于镧钡铜氧系统中有35K的超导材料的报道之后，赵忠贤突然有了一个想法——把镧换成钇。

他安排了一支队伍，他们的食住全在实验室里进行，醒了就起来做研究，累了就躺在椅子和床上休息。

大家就这样废寝忘食的工作，甚至在最关键的时候，赵忠贤超过两天都没有睡觉。

功夫不负有心人，赵忠贤小组终于在液氮温区中，在高温、高压等多种工艺条件下，率先研制出了一种在52K临界点上的超导体。

其存在温度已经远远超过了麦克米兰的临界值。

他们将自己的发现告诉了全世界，再次的成功终于让赵忠贤以及中国在国际超导行业中一炮打响，并且占有不可取代的地位。

由于这种材料适合常温，所以不需要相较以往极度夸张的降温支出，而是采用更便宜的液态氮。

这种变化大大增加了超导体的应用，从而实现了超导体的规模化和更深层次的科研工作。

赵忠贤小组在液氮温区的率先取得了重大突破，并荣获了1989年的自然科学二等奖。

也在同一年，赵忠贤等人应邀到美国物理学协会，这一次物理学盛会，也标志着中国的物理学家们首次踏上世界上最热的超导体领域。

赵忠贤以北京代表团的嘉宾身份，在几千人的注视下做了一场细致的报告，获得了满堂彩。

不忘却初心才能继续走好下一步

赵忠贤小组的这一创举也进一步证实了超导体的无穷潜力。不过他们并没有就此满足，而是又开始了下一场竞赛。

很快，在08年他与团队突破这个世界上可存在温度最高的金属铁基材料的临界纪录。至今为止还没有人能超越它，我们终于打败了在此领域内的一座高山——日本。

铁基超导材料的物理性能和用途都比铜基超导体要好得多。

美国斯坦福的史蒂文博士在赵忠贤小组的铁基超导材料获得欧洲物理协会“2008年度最佳奖”，美国物理协会“2008年度最佳物理奖”时，他说道：

“让我们感到惊讶的是，这份震惊世界的科学发现竟然不是美国的，而是中国的。”这个发言可谓多多少少带点酸味了。

2014年1月，由中国科学院赵忠贤组成的科研小组荣获2013年度国家科学技术奖的第一名。

在此以前，20份有关铁基超导体的重要SCI文献被引用了5000余次。

后来美国的一位专门从事超导研究的教授说：“中国确实已经成为了一个真正的研究超导行业的大国，仅北京就有那么多优秀的研究论文。”

超导体的应用日益广泛

前面我们说到，超导体材料之所以无法广泛应用是因为他对使用温度极度苛刻，需要在零下200°甚至更低温度使用。

而自55K铁基超导转变温度纪录以来，这个问题将不复存在。

中国超导领域陆续在多种新型超导材料发掘它们的实用价值，截止目前已有3000多个铁基超导系统被广泛应用于各个领域。

科学技术的发展，需要一国甚至多国的精英们忘我的付出。

我国的超导事业，先是赵忠贤打破了高温超导体的记录，然后还有一位科学家也是在超导体上大放异彩的新星。

2016年，马衍伟课题组在长丝生产工艺的基础上，实现了微结构控制和界面复合材料的均匀化处理。

并在此基础上，成功制成世界上第一条100级以上的超导体长丝。

在2016年前，日本、美国等发达国家，都在研究铁基超导材料如何在短时间内实现百米以上的延展，因为这个是超导材料大规模生产的关键。

高延展性能的超导体导线是实现铁基超导体广泛应用的重要前提，这一性质又是实现高性能、低成本的关键。

因此百米级的实用型超导体的研制成功，让大家对它的应用充满了希望。

超导电缆的大量生产需要开发出高性能的金属带或金属丝。

由于超导金属的脆性和高强度，所以目前只能通过粉末填充工艺和包覆导电工艺来实现。

结语

从中国的超导体研究成果来看，我国在该领域已经取得了很大的成就。

从世界范围来看，中国在超导领域的研发的开始，虽然要比先进国家落后五十多年。

不过我们后来居上，通过自己不懈的努力，竟然反超其他国家成为超导行业的世界级龙头。

正如赵忠贤说的那样，如果有一日又研发出延展性能更高，温度适应更强的超导体，科学家里一定有中国人的名字。

现在我国的技术水平已经有了质的飞跃，但我们不会止步于此；

未来还会继续研发超导体的更多特性，掌握更多的技术，毕竟在这个世界，一切都是实力说话！

-完-

作者 | 王芬芬

编辑 | 阿琰