对话中国科学院院士陈仙辉：超导技术怎样改变我们的生活？

中国科学技术大学物理学院物理系教授、中国科学院院士 陈仙辉（来源：受访者提供）

1908年，荷兰莱顿大学教授海克·昂内斯（Heike Kamerlingh Onnes）在实验室中第一次将氦气液化，以﹣269℃（4.2K，K为温度的国际单位开尔文）刷新了人造低温的新纪录。

随后1991年，昂内斯又测量了纯金属（汞，后来是锡和铅）在极低温度下的电导率，从而发现了著名的“超导”现象。

公开资料显示，超导是指材料在低于某一温度时，电阻变为零（以目前观测，即使有，也小至10−25欧姆·平方毫米/米以下）的现象，而这一温度称为超导转变温度。超导现象的特征是零电阻和完全抗磁性，因此超导材料这是一种革命性的材料。

过去112年间，科学家们前赴后继不断寻找临界温度更高的超导材料，与此同时，学术界的争议、否定与肯定始终伴随着科学家们的寻梦之旅。在经历了多轮科研突破与演进后，学术界才最终完成了超导理论的建立及对高温超导材料的发现。通过超导研究直接获得诺贝尔奖的科学家迄今已有10位。而今，对室温超导体领域的深入探索正被大众所广泛关注。

近日，2023未来科学大奖获奖名单揭晓。

因对高温超导材料的突破性发现和对转变温度的系统性提升所做出的开创性贡献，中国超导领域的两位关键人物——中国科学院物理研究所研究员、中国科学院院士赵忠贤，中国科学技术大学物理学院教授、博士生导师、中国科学院院士陈仙辉两位学者，被授予2023未来科学大奖“物质科学奖”。

其中，陈仙辉研究组首次将超导转变温度提高到麦克米兰极限之上，证明铁基超导体确实是非常规的高温超导体。而这一研究推动了高温超导领域的发展。

会后，国内超导领域科学家、中国科学技术大学物理学院物理系教授、中国科学院院士陈仙辉接受了钛媒体App的对话交流，不仅谈及过往的研究历程、超导的应用与研究方向，而且还回应了当下热议的室温超导研究。

超导技术之路：回溯37年前的起点

陈仙辉1963年出生于湖南湘潭，目前是中国科学技术大学物理系和合肥微尺度物质科学国家实验室教授、博士生导师，中国科学院院士。

“没有高温超导，也不会有今天我坐在这里跟各位交流了，1986年的高温超导就是我发展到现在的一个契机。”陈仙辉谈及当时能进入超导技术领域，是因为刚好赶上1986年的高温超导领域的突破性进展，时年23岁在杭州大学（现浙江大学）读硕士研究生的陈仙辉，正即将前往中国科大应用化学系钱逸泰和陈祖耀实验室学习。

据悉，1986年1月，德国科学家约翰内斯·贝德诺尔茨，以及瑞士科学家卡尔·米勒发现陶瓷性金属氧化物，即铜氧钙钛陶瓷等系列材料可以作为高温超导体材料，具有临界温度超过90K的特质，从而开启了铜基高温超导体的时代。这也促使了科学界探索发现高温超导技术。

1992年，陈仙辉获中国科学技术大学凝聚态物理专业博士学位，并留校工作。此后，其以洪堡基金学者先后在德国卡尔斯鲁厄研究中心、斯图加特马普固体物理研究所工作，还曾作为访问教授在日本北陆先端科学技术研究院，以及美国德克萨斯超导研究中心工作。

1998年，陈仙辉被聘为中国科学技术大学物理系教授。其主要研究方向是新型非常规超导体的探索及超导和强关联物理的研究。此外，他还同时担任中国物理学会理事、中国物理学会低温物理专业委员会主任、超导国家重点实验室学术委员会委员等学术职位。

2008年2月，日本科学家发现了一种临界温度为26K（零下247.15摄氏度）的新型超导材料，引起陈仙辉的高度关注。他带领研究生经过一个多月没日没夜的拼搏，陈仙辉小组在国际上首次获得了临界温度达到43K（零下230.15℃）的铁基化合物超导体——氟掺杂钐氧铁砷化合物，突破了40 K的麦克米兰极限。

当年3月25日，这项成果以论文的形式发表在《自然》杂志上，成为2008年全世界最具影响和被引用次数最多的5篇论文之一。

陈仙辉团队

“2008年之前，非常规高温超导体只有一类，就是铜氧化物超导体。但这22年里对于铜氧化物超导体的机理等相关科学问题并不能被清楚解释，而如果更多种类的高温超导体出现，那么通过发现其共性就能更好理解非常规超导体，即BCS理论不能解释的这一类超导体。”陈仙辉表示。

据悉，BCS理论是美国物理学家约翰·巴丁、利昂·库珀和约翰·席弗于1957年提出的，三人认为在常规超导体中，低温下两个原本均带负电、互相排斥的电子，通过影响原子晶格产生的振动（这一振动的能量量子称为声子）而建立间接吸引作用，从而两两配对构成“库伯对”。在量子相干效应下，这些“库伯对”可以在晶格中无损耗地运动，形成了整体的超导电性。同时，超导体内部磁感应强度为零，这就是完全抗磁性或迈斯纳效应。

经历了37年一步一个脚印对超导技术的不断探索，如今，他已成为推动全球超导领域发展的关键人物。

科学的东西只能探索

“超导真的是一个非常大的战略性技术领域。”陈仙辉对钛媒体App表示。

据陈仙辉介绍，现在超导技术应用发展就是主要三类：能源、信息、生物技术。而超导材料既可以支撑能源技术，还能支撑信息技术，具有广泛的应用，如核磁共振、超导磁悬浮列车。在科学里，可控核聚变的温度都是上亿度以上，没有材料可以把它约束，那么主要是用超导。托克马克核聚变实验装置加速器里用的电子加速与控制也需要超导。

针对人才培养机制，陈仙辉对钛媒体App表示，人才培养不能急于求成，需要有一个过程，尤其现在还有交叉培养知识面等问题。

他呼吁，在以ChatGPT等为代表的人工智能、机器学习大数据模型正在并将更广泛应用的背景下，中国教育和人才培养方式，亟需由“知识灌输”模式转变为“能力培养”模式。

事实上，最近几年，超导领域的科学家们开始向物理学的“圣杯”发起挑战——寻找室温超导材料。

室温超导是指在常压或接近常压的条件下，在室温或更高温度下出现的超导现象。而超导材料有两个特性——零电阻和完全抗磁性，零电阻即电流通过超导体没有能耗，电阻为零。

被问到近期热门的室温超导研究，他没有直接发表意见，但陈仙辉向钛媒体App强调，科学的东西只能探索，必须要严谨面对。

到目前为止，我们还没有出现一个“室温超导”的技术应用。从结构的角度来讲，只是说利用“室温超导”在富氢化合物、非常高压的情况下去思考一些科学问题，而其他的体系只有科学家自由的探索。

“如果（室温超导）是真的，那确确实实对于人类来说是一个了不得的进展，因为它是室温超导还是那么高的温度（约127摄氏度）。室温超导会给人们生活带来的变化将是天翻地覆的。到那个时候，我们出门可以坐上悬浮的超导车，甚至手机、手提电脑充一次电就能用上好几个月。”陈仙辉补充称。

那么，在超导领域，是理论先取得突破再指导实验方向，还是先发现更具突破性的超导材料，再反过来激发理论的进展？对此，陈仙辉认为，两者是相辅相成的，但是到目前为止，从超导角度来讲，理论指导实验还是很难。

陈仙辉在未来科学大奖对话中提到，过去近40年，我们见证了中国超导研究从跟跑，到并跑，再到诸多方面领跑的发展过程。他相信，中国未来在这个领域一定会发现有重要影响的新的超导体，乃至去探索室温超导体。

（本文首发钛媒体App，作者｜林志佳，编辑｜马金男）