超导将向低温告别——关于超导体研究竞相突破的新闻综述 [复制链接]

第3版(科教·文化·体育)
专栏：新闻综述

超导将向低温告别
——关于超导体研究竞相突破的新闻综述
本报记者　陈祖甲
去冬今春，在沉寂了10多年之后，国际上超导研究又大放异彩。中、美、日等国科学家竞相发表自己的研究成果。据最新消息，中国科技大学获得转变温度为215K（即－58℃）的超导体，日本科学家观察到14℃条件下的超导现象。
为什么超导研究在近几个月中有如此大的收获？人类能不能在室温条件下获得超导体？越来越多的人关注着这些问题。
多年求索不寻常
打一个不甚确切的比方，这次超导研究的丰收犹如一次火山爆发，有着充分的孕育过程。
自从1911年荷兰科学家昂内斯在水银中首先发现超导现象之后，各国物理学家都在探寻高转变温度的超导体。半个多世纪以来，世界上已发现包括水银在内的26种化学元素和几千种合金与化合物都具有超导电性。直到1973年，人们找到铌三锗，把超导的转变温度从4.2K提高到23.2K。以后的13年中，世界上有200多个实验小组在努力研究。虽然，超导的转变温度没有提高，但积累了相当丰富的经验，培养训练出一支精干的队伍。
从60年代开始，我国科学家独立研究超导体，至今有几种超导材料达到实际应用的水平，有的制作工艺荣获了国家发明奖。1975年，中国科学家向国家提出建议，把探索高转变温度超导体列入国家重点科研项目。这份建议对超导研究的国际动向和超导技术的应用前景作了详细的分析，在此基础上提出了我国超导研究的初步设想。这些设想包括，到1985年，把超导转变温度提高到30—40K，探索新的超导机制，探求达到高转变温度的规律，以及实验室建设、科研队伍的培养等。由于众所周知的原因，直到1977年制订全国规划时，才将超导研究列为全国凝聚态物理研究的五项重点之一。在一些专家的倡导下，1976年召开了第一次全国高转变温度超导会议。以后，每两年开一次，至今已开了6次。每次都有100多名专家参加讨论和交流。如此频繁的专业交流和切磋，在我国科学界是不多见的。显然，这样的讨论对我国超导研究的发展是一个有力的推动。第五次会议论文集的序言中说：“每次会议的文件或文集，充分反映了（超导研究）各方面的新的进展，它是我们征程上的里程碑。”
偶然插柳柳成荫
超导研究获得丰收的另一重要原因，是一个偶然的机会开拓了科学界的思路。去年4月，美国国际商用机器公司（IBM）设在瑞士苏黎世的实验室的科学家柏诺兹和缪勒等人提出报告，认为由钡、镧、铜、氧组成的氧化物可能是高转变温度的超导体。他们获得的转变温度是30K。老资格的美国科学记者沙利文评论说：“这是世界范围内12多年以来的研究取得的第一个重大的进展。”
“山重水复疑无路，柳暗花明又一村”。这是出乎人们意料之外的进展。过去，人们都习惯于从金属和合金中寻找超导体。因为它们有导电性。而钡镧铜氧系材料是电介质，即不导电物质。缪勒等人也是研究电介质的专家。电介质居然能够成为超导材料，这个进展打破了十多年超导研究的寂静，大大鼓舞了人们寻找新的超导体的热情。超导研究的竞技场上出现了你追我赶、百舸争流的局面。科学家日以继夜、争分夺秒地工作，提高转变温度的新闻报道一篇接着一篇。超导转变温度节节上升，由液氦区提高到液氮区、干冰区。综上所述，半个多世纪以来，国际上超导研究从理论、实验到研究队伍都有相当的积累，取得今天的好成绩有其必然性，一点也不奇怪。
室温超导已非遥
下一个问题是，人们能不能得到室温条件下的超导体？这是人们梦寐以求的新材料。因为，过去的超导都是在低温条件下实现的，无论是用液氦还是液氮，都使超导技术的工业应用增加成本，在经济上很划不来。而超导技术的工业应用必然带来能源、电子、电力工业、交通等方面深刻革命的前景，又异常诱人。一些专家认为，要获得室温超导体，关键在于改革超导体的组成成分。这次丰收是由于组分上的改变，而现在采用的钡镧铜氧系列、钡钇铜氧系列都经过多次试验，温度仍然提不高。据最新报道，日本科学家发现14℃条件下出现超导现象的材料，成分没有多大变化，而它的电阻降到零时的温度未见报道，很可能仍然在低温区。这样，还不能算得上真正得到室温超导体。因此，需要寻找新的元素。因超导理论研究获得诺贝尔奖的美国物理学家巴丁说：在理论上没有理由说不会发现更高温度的超导体，但“发现恰恰具备这些特性的材料，是错综复杂的工作。”这个困难就象我国超导专家指出的，目前寻找高转变温度超导材料，基本上是“炒菜式”的，淡了加把盐，咸了泼勺水，大多凭经验。美国物理学家朱经武也认为现在寻找超导体“有点碰运气”。有报道说，一些科学家提出将镧换成镝、钬、铕，将氧换成氟、氮、碳等。
看来需要理论上指导。我国科学家认为，一旦掌握了理论，就能减少盲目性。据透露，中国科学院物理研究所的几位青年研究生对超导材料的转变温度作了理论上的探索。他们推导出一个公式，用此来计算已发现的超导体的转变温度，同已有的实验基本上是符合的。可以说，这给寻找新的超导材料开辟了一条新路。获得室温超导体的日子不会太遥远了。超导将向低温告别。