中國科學技術大學物理學院物理系教授、中國科學院院士 陳仙輝（來源：受訪者提供）

1908年，荷蘭萊頓大學教授海克·昂內斯（Heike Kamerlingh Onnes）在實驗室中第一次將氦氣液化，以﹣269℃（4.2K，K為溫度的國際單位開爾文）刷新了人造低溫的新紀錄。

隨后1991年，昂內斯又測量了純金屬（汞，后來是錫和鉛）在極低溫度下的電導率，從而發現了著名的“超導”現象。

(資料圖)

公開資料顯示，超導是指材料在低于某一溫度時，電阻變為零（以目前觀測，即使有，也小至10?25歐姆·平方毫米/米以下）的現象，而這一溫度稱為超導轉變溫度。超導現象的特征是零電阻和完全抗磁性，因此超導材料這是一種革命性的材料。

過去112年間，科學家們前赴后繼不斷尋找臨界溫度更高的超導材料，與此同時，學術界的爭議、否定與肯定始終伴隨著科學家們的尋夢之旅。在經歷了多輪科研突破與演進后，學術界才最終完成了超導理論的建立及對高溫超導材料的發現。通過超導研究直接獲得諾貝爾獎的科學家迄今已有10位。而今，對室溫超導體領域的深入探索正被大眾所廣泛關注。

近日，2023未來科學大獎獲獎名單揭曉。

因對高溫超導材料的突破性發現和對轉變溫度的系統性提升所做出的開創性貢獻，中國超導領域的兩位關鍵人物——中國科學院物理研究所研究員、中國科學院院士趙忠賢，中國科學技術大學物理學院教授、博士生導師、中國科學院院士陳仙輝兩位學者，被授予2023未來科學大獎“物質科學獎”。

其中，陳仙輝研究組首次將超導轉變溫度提高到麥克米蘭極限之上，證明鐵基超導體確實是非常規的高溫超導體。而這一研究推動了高溫超導領域的發展。

會后，國內超導領域科學家、中國科學技術大學物理學院物理系教授、中國科學院院士陳仙輝接受了鈦媒體App的對話交流，不僅談及過往的研究歷程、超導的應用與研究方向，而且還回應了當下熱議的室溫超導研究。

超導技術之路：回溯37年前的起點

陳仙輝1963年出生于湖南湘潭，目前是中國科學技術大學物理系和合肥微尺度物質科學國家實驗室教授、博士生導師，中國科學院院士。

“沒有高溫超導，也不會有今天我坐在這里跟各位交流了，1986年的高溫超導就是我發展到現在的一個契機。”陳仙輝談及當時能進入超導技術領域，是因為剛好趕上1986年的高溫超導領域的突破性進展，時年23歲在杭州大學（現浙江大學）讀碩士研究生的陳仙輝，正即將前往中國科大應用化學系錢逸泰和陳祖耀實驗室學習。

據悉，1986年1月，德國科學家約翰內斯·貝德諾爾茨，以及瑞士科學家卡爾·米勒發現陶瓷性金屬氧化物，即銅氧鈣鈦陶瓷等系列材料可以作為高溫超導體材料，具有臨界溫度超過90K的特質，從而開啟了銅基高溫超導體的時代。這也促使了科學界探索發現高溫超導技術。

1992年，陳仙輝獲中國科學技術大學凝聚態物理專業博士學位，并留校工作。此后，其以洪堡基金學者先后在德國卡爾斯魯厄研究中心、斯圖加特馬普固體物理研究所工作，還曾作為訪問教授在日本北陸先端科學技術研究院，以及美國德克薩斯超導研究中心工作。

1998年，陳仙輝被聘為中國科學技術大學物理系教授。其主要研究方向是新型非常規超導體的探索及超導和強關聯物理的研究。此外，他還同時擔任中國物理學會理事、中國物理學會低溫物理專業委員會主任、超導國家重點實驗室學術委員會委員等學術職位。

2008年2月，日本科學家發現了一種臨界溫度為26K（零下247.15攝氏度）的新型超導材料，引起陳仙輝的高度關注。他帶領研究生經過一個多月沒日沒夜的拼搏，陳仙輝小組在國際上首次獲得了臨界溫度達到43K（零下230.15℃）的鐵基化合物超導體——氟摻雜釤氧鐵砷化合物，突破了40 K的麥克米蘭極限。

當年3月25日，這項成果以論文的形式發表在《自然》雜志上，成為2008年全世界最具影響和被引用次數最多的5篇論文之一。

陳仙輝團隊

“2008年之前，非常規高溫超導體只有一類，就是銅氧化物超導體。但這22年里對于銅氧化物超導體的機理等相關科學問題并不能被清楚解釋，而如果更多種類的高溫超導體出現，那么通過發現其共性就能更好理解非常規超導體，即BCS理論不能解釋的這一類超導體。”陳仙輝表示。

據悉，BCS理論是美國物理學家約翰·巴丁、利昂·庫珀和約翰·席弗于1957年提出的，三人認為在常規超導體中，低溫下兩個原本均帶負電、互相排斥的電子，通過影響原子晶格產生的振動（這一振動的能量量子稱為聲子）而建立間接吸引作用，從而兩兩配對構成“庫伯對”。在量子相干效應下，這些“庫伯對”可以在晶格中無損耗地運動，形成了整體的超導電性。同時，超導體內部磁感應強度為零，這就是完全抗磁性或邁斯納效應。

經歷了37年一步一個腳印對超導技術的不斷探索，如今，他已成為推動全球超導領域發展的關鍵人物。

科學的東西只能探索

“超導真的是一個非常大的戰略性技術領域。”陳仙輝對鈦媒體App表示。

據陳仙輝介紹，現在超導技術應用發展就是主要三類：能源、信息、生物技術。而超導材料既可以支撐能源技術，還能支撐信息技術，具有廣泛的應用，如核磁共振、超導磁懸浮列車。在科學里，可控核聚變的溫度都是上億度以上，沒有材料可以把它約束，那么主要是用超導。托克馬克核聚變實驗裝置加速器里用的電子加速與控制也需要超導。

針對人才培養機制，陳仙輝對鈦媒體App表示，人才培養不能急于求成，需要有一個過程，尤其現在還有交叉培養知識面等問題。

他呼吁，在以ChatGPT等為代表的人工智能、機器學習大數據模型正在并將更廣泛應用的背景下，中國教育和人才培養方式，亟需由“知識灌輸”模式轉變為“能力培養”模式。

事實上，最近幾年，超導領域的科學家們開始向物理學的“圣杯”發起挑戰——尋找室溫超導材料。

室溫超導是指在常壓或接近常壓的條件下，在室溫或更高溫度下出現的超導現象。而超導材料有兩個特性——零電阻和完全抗磁性，零電阻即電流通過超導體沒有能耗，電阻為零。

被問到近期熱門的室溫超導研究，他沒有直接發表意見，但陳仙輝向鈦媒體App強調，科學的東西只能探索，必須要嚴謹面對。

到目前為止，我們還沒有出現一個“室溫超導”的技術應用。從結構的角度來講，只是說利用“室溫超導”在富氫化合物、非常高壓的情況下去思考一些科學問題，而其他的體系只有科學家自由的探索。

“如果（室溫超導）是真的，那確確實實對于人類來說是一個了不得的進展，因為它是室溫超導還是那么高的溫度（約127攝氏度）。室溫超導會給人們生活帶來的變化將是天翻地覆的。到那個時候，我們出門可以坐上懸浮的超導車，甚至手機、手提電腦充一次電就能用上好幾個月。”陳仙輝補充稱。

那么，在超導領域，是理論先取得突破再指導實驗方向，還是先發現更具突破性的超導材料，再反過來激發理論的進展？對此，陳仙輝認為，兩者是相輔相成的，但是到目前為止，從超導角度來講，理論指導實驗還是很難。

陳仙輝在未來科學大獎對話中提到，過去近40年，我們見證了中國超導研究從跟跑，到并跑，再到諸多方面領跑的發展過程。他相信，中國未來在這個領域一定會發現有重要影響的新的超導體，乃至去探索室溫超導體。

（本文首發鈦媒體App，作者｜林志佳，編輯｜馬金男）

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