中科院物理研究所和中国科技大学“40K以上铁基高温超导体的发现及若干基本物理性质的研究”获2013年度国家自然科学一等奖。自2000年起,国家自然科学一等奖13年里有9次空缺,目前已连续空缺3年。
这次“解冻”最大的意义在于,高温超导体有着重要广泛的用途,同时这一研究又是中国本土科学家离诺贝尔自然科学奖最近的一项成果。
超导体是指某些材料在温度降到某一数值以下时,电阻突然消失并且不能被磁场穿过的现象,这样的材料称为超导体,而这个温度称为超导临界温度,或超导转变温度。铁基超导则是指化合物中含有铁,在低温时具有超导现象,而且铁扮演形成超导的主体材料。过去认为,超导体的转变温度不能超过40K(约零下233摄氏度)。但是,1986年,两名欧洲科学家发现以铜为关键超导元素的铜氧化物超导体的转变温度高于40K,因而被称为高温超导体。
超导对于人们生活的作用或意义可以呈现在多个方面。超导可以让时速达到500千米以上的磁悬浮高速列车得以实现。现在中国的有轨高速列车时速不过380千米。但是,如果把超导磁体装在列车内,在地面轨道上敷设铝环,利用它们之间发生相对运动,使铝环中产生感应电流,从而产生磁排斥作用,把列车托起离地面约10cm,就能使列车悬浮在地面上高速前进,时速可达500千米以上。
此外,由于电线存在电阻,使电流通过输电线时电能被消耗一部分,如果用超导材料做成超导电缆用于输电,那么在输电线路上的电损耗将降为零。同时,还可用超导材料制造大容量发电机。一般材料由于导线存在电阻,会造成线圈严重发热,如何使线圈冷却又成为难题。如果用发电机的线圈由无电阻的超导材料绕制,就不会发热,冷却难题迎刃而解,而且功率损失可减少50%。
其实,如果能让超导制造的输电线成为现实并让线路上的电损耗接近零,甚至降为零,获得诺贝尔奖也会实至名归。这种情况与2009年英国华裔科学家高锟获得诺贝尔物理奖相似。1966年,高锟发表了一篇题为《光频率介质纤维表面波导》的论文,开创性地提出只要解决好玻璃纯度和成分等问题,就能够利用玻璃制作光学纤维,从而高效传输信息。今天,我们所有人能享受快捷的互联网技术就是得益于高锟的发现。
如果超导也能制造出电耗接近零的输电线,当然也不会逊色于高锟的发现。不只是如此,自1911年超导发现以来,在研究超导的历史进程中,已经有5次10人获得了诺贝尔物理学奖。
铁基超导的发现如果能获得诺贝尔奖,很难不与中国科学家联系起来,因为,中国科学家首先发现了转变温度40K以上的铁基超导体,接着又发现了系列的50K以上的铁基超导体。而且中科大的陈仙辉教授与细野秀雄在2008年英国《自然》杂志上先后独立发表了发现43K超导,只不过后者早一个月。但是,同样的结果,陈仙辉的文章被引用次数更多。
根据过去的经验,两人或三人从不同角度发现同样的原理都可能同时获得诺贝尔奖。例如,1974年,丁肇中研究组发现了一个质量约为质子质量3倍的长寿命中性粒子,丁肇中将其取名为J粒子。与此同时,美国人B.里希特也发现了这种粒子,并取名为ψ粒子。为此丁肇中和里希特共同获得1976年诺贝尔物理学奖。
希望“40K以上铁基高温超导体的发现及若干基本物理性质的研究”在获2013年度国家自然科学一等奖、为人们的生活带来极大益处的同时,也让中国本土科学家能冲击诺奖。(华商报 张田勘)
华商报2014-1-11http://news.cjn.cn/cjsp/fb/201401/t2413546.htm