人才视界丨赵忠贤院士:积小胜为大胜,变大胜为长板

2021-03-17
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在松山湖材料实验室实用超导薄膜研究团队的一间实验室,一组银白色装置占据了房间一角,三台激光器宛如手术台上的三支机械臂,将一个带有观测窗的球形操作台围在中间,绿色和紫色的光束不时闪烁。这个装置就是该团队近期研发成功的“三光束脉冲激光共沉积镀膜系统”。

 

 

这个由中国科学院院士、国家最高科学技术奖得主赵忠贤倡导建立并担任顾问的团队,通过技术集成创新,仅用一年多时间,就成功研制出基于国产部件的设备,并制备出2英寸双面钇钡铜氧(YBCO)超导单晶薄膜,打破了国外禁运和技术垄断。

日前,赵忠贤院士接受专访时表示,通过“积小胜为大胜,变大胜为长板”,就有可能建立起自身的竞争优势,突破我国科研领域面临的“卡脖子”问题。

 

中国科学院院士、松山湖材料实验室学术委员会主任 赵忠贤

 

“如果说争光,那是给中国争光”

今年1月,赵忠贤院士迎来了80岁生日。耄耋之年的他满头霜发,与人谈话语调洪亮、精神矍铄,透着东北人特有的幽默与爽朗。

2017年,赵忠贤获颁2016年度国家最高科学技术奖,这是中国科学技术领域的至高荣誉,每年授予人数不超过两名,当年与赵忠贤同时获奖的,是青蒿素发现者、诺奖得主屠呦呦。

 

 

在这一奖项之前,赵忠贤已经两次拿下中国自然科学领域最高奖——国家自然科学奖一等奖。每一次颁奖,都是为了表彰他在高温超导研究领域取得的成就。过去几十年,我国高温超导研究从起步、追赶、到跻身国际前列,赵忠贤都是重要的参与者、推动者和践行者。

超导是当今世界科学界最前沿的研究领域之一。在过去一百多年里,先后有10位超导领域的科学家获得诺贝尔奖。

超导之所以受到如此重视,是因为超导体所具备的“零电阻”和“完全抗磁”两大特性,这是一种宏观的量子现象。这些特性使得超导在信息通讯、生物医学、电力电工等领域有着巨大应用潜力。但此前发现的超导材料,往往需要极低的临界温度才可以转变为超导态。假如能找到一种在常温下工作的超导材料,产生的技术革新效应将不可估量。

然而,超导现象被发现后的半个多世纪里,超导临界温度仅仅提高到了23K,缓慢的进展令学界感到沮丧。甚至有科学家预测,最大超导体临界温度不会高于40K(-233.15℃),也就是著名的“麦克米兰极限”。

1987年2月,赵忠贤带领团队在钇钡铜氧(YBCO)化合物中发现了临界温度93K(-180.15℃)的高温超导体,一举突破麦克米兰极限,使得超导电性低温环境的创造,由原本昂贵的液氦变为便宜而好用的液氮

中国科学家的研究成果震动了世界,极大提升了中国物理学界的国际地位。这一年,赵忠贤受邀参加有数千人出席的美国物理学会三月会议,并作为大会5位特邀报告人之一做报告。据中科院院士、松山湖材料实验室理事长王恩哥事后回忆,整个会议期间,赵忠贤总是被参会者围得水泄不通,以至于他都难以靠近。

由此,“北京的赵”在国际超导界名声大噪。不过赵忠贤对此却一直很低调,他表示,中国有几千万人姓赵,国外“ZHAO”喊得再多,归根结底不过是说一个中国人。“如果说争光,那是给中国争光了,这么多姓赵的,跟我自己本身没啥关系。”

赵忠贤没有被这些荣誉束缚手脚,而是选择继续埋头钻研。2008年,他带领团队将铁基超导体的临界温度提高到50K以上,并创造55K的超导温度纪录,再次使我国高温超导研究站在了世界最前沿。

 

“名字不时髦,不等于研究不重要”

 

虽然追求“室温超导之梦”还在进行,但低温条件下的超导体应用,实际上已非常广泛。

“超导最近在媒体出现的频率比较高。比如时下热门的量子计算,涉及到超导量子比特;被称为‘人造太阳’的全超导托卡马克核聚变实验装置,也应用了超导磁体。”赵忠贤介绍道,超导距离实际生活最近的应用,则是医院常见的核磁共振成像中的超导磁体。

如今,这位与超导基础研究打了大半辈子交道的学界泰斗,开始将工作重心放在推动超导技术成果转化与实际应用上来。

 

 

2017年,松山湖材料实验室开始筹建,赵忠贤接受邀请出任学术委员会主任一职,从北京来到了东莞松山湖。甫至岭南,赵忠贤便喜欢上这里温润宜人的环境。如今,他每年多半时间长住松山湖,得暇时会出门散散步、打打拳。不过,他在此处并不单单享受这份惬意,更是为松山湖材料实验室整个筹建、运行出谋划策。

“学术委员会不负责实验室的日常事务,作为委员会主任,我更多是在学术上给一些咨询建议。”赵忠贤说,之所以愿意担任学术委员会主任,是希望能够把松山湖材料实验室建设成为具有世界一流水平的实验室,将来在材料科学研究的某些方面,成为业界公认的一流研究平台。

当前,松山湖科学城已建有中国散裂中子源这一大科学装置,并且性能不断升级;周边正在筹划建设南方先进光源,接下来材料实验室也将推进先进阿秒激光设施等大装置以及其他一些重大的科研平台在此布局。在他看来,这些装置和平台都是开展材料科学研究的重要工具,为材料实验室建设提供了有力支撑条件。

在赵忠贤倡议和亲自指导推动下,“实用超导薄膜研究团队”在材料实验室迅速建立起来。

除赵忠贤院士作为团队顾问之外,团队负责人由年富力强的高水平超导研究专家金魁研究员担任,他在高温超导体机理研究、超导薄膜制备、新超导体探索等方面都有诸多重要成果,先后在《自然》杂志等主流刊物发表重要论文80余篇。

此外还有多位具备国家重点实验室工作背景的超导薄膜和低温技术专家先后加入,组成了国内一流的班底阵容。

 

左一为团队负责人金魁研究员

 

“我们选定的题目是‘实用超导薄膜及相关技术研究’,这个不像‘量子’或者‘智能’之类的名字时髦,但并不意味着研究的内容不重要。”赵忠贤说,希望以应用为目标来做一个中长期项目,解决超导应用过程中一系列关键核心技术难题,推动实现跨越性的进步,带来应用上的质变。

 

面对“卡脖子”难题唯有自主创新

 

令赵忠贤感到高兴的是,团队产出成果的进度超过了他的预期。在国外禁运的情况下,该团队仅用一年多的时间,就自主设计并成功研制“三光束脉冲激光共沉积镀膜系统”

该设备基于国产部件实现技术集成创新,包括采用国产小型固态脉冲激光器实现多光束共沉积,激光器与光路系统模块化整体位移,研发稳定的大面积加热器,自主研发控制软件实现操作智能化等,已成功制备出2英寸双面YBCO超导单晶薄膜,将脉冲激光沉积技术制备高品质应用型薄膜产品推向一个新的高度。

 

 

“我们用激光去打真空腔里面的靶材,由于瞬时高温,靶材表面的成分会变成等离子体向外喷射,之后接触高温衬底,外延沉积完成镀膜,过程就像是烙饼一样。”该设备主要的设计和搭建者冯中沛博士是团队里的一名年轻人,设备成功运转,让他格外兴奋。

“这台设备的功能可以扩展,也可以为超导以外的材料进行镀膜。就像买了一口锅,一开始只用来炒菜,后面还可以用来蒸煮。”他介绍道。

 

 

过去的一整年,冯中沛和同事们几乎每天都围着这台设备转。在工作室紧邻该装置的墙边有一面白板,上面写满了与装置搭建相关的事项。一年时间里,大到整个装置的设计装配,小到一根螺丝钉的定制,整个团队“挂图作战”,环环推进,最终才获得了成功。

不过,团队负责人金魁坦言,这次“技术突破”的背后,带着几分无奈与巧合。按照团队最初构想,是希望直接从国外购买一套先进的大面积镀膜设备,之后按团队的需求改造。

 

团队负责人 金魁研究员

 

“买小尺寸薄膜制备设备回来做出的样品主要是用于基础研究,找规律、写论文,国外公司同意卖给我们;但要买能投入实用的大尺寸薄膜制备设备,他们就拒绝了。”金魁表示,另一方面,日本的设备只能实现单面薄膜的制备,无法满足团队需求。

在赵忠贤院士的鼓励和指导下,团队最终下定决心走上了自研之路。令他们感慨的是,一年后当他们研制出成本更低、性能更优的设备时,从日本采购的小尺寸镀膜设备甚至因为疫情,厂家工程师还没有来拆箱。

“这件事虽然谈不上伟大,但是它给了我们很大信心。遇到‘卡脖子’难题,逼着自己进行自主研制和创新,最终把一条新的技术路线走通了。”赵忠贤表示,假如全国几十万、上百万的科研团队,能有十分之一像这样专注去做一件事,我们跟国外的科技竞争就能握有更大的主动权。

 

 

“积小胜为大胜,变成大胜就有了长板,有了竞争优势,国外还怎么卡我们脖子?”他说道。

除了团队自身的努力和经验积累,赵忠贤还特别提到,松山湖科学城给予的宽松科研环境与合理的评价体系,为这一成果取得提供了重要土壤。

在他看来,松山湖材料实验室一方面注重研究实效,不以论文论英雄,让科研人员集中精力搞攻关;另一方面,充分信任科学家,原本购置设备的钱可以灵活用于自主研发,“允许用打酱油的钱去买醋”,赋予科学家自主权

“我认为也正是因为有松山湖的政策和环境,这件事情才能发生。”赵忠贤表示。

 

“做科研,只要喜欢就不是坐冷板凳”

 

对赵忠贤来说,几十年科研生涯,大半都是在国际同行们难以想象的物质匮乏中开展工作。上世纪80年代,国际高温超导竞赛进展激烈,赵忠贤和同事们却只能自己动手烧制“土枪土炮”,用着30多年前出厂的纯度不足的原料坚持实验。彼时他们获得的支持,也不过是“研究期间不限量供应鸡蛋”。

虽然最后做出了震动世界的成果,但赵忠贤曾不无遗憾地表示:“假如在1986年底,研究条件能有现在的1%,我可以做得更好。”

因此,面对当下青年科研工作者,赵忠贤总是希望他们能沉下心来,进步再快一点,扛起的责任再多一点。他说,一代人有一代人特点,一代人有一代人的责任,年轻人要在承担责任中成长。

“现在的研究环境是很好的,经费、设备都不缺,怎么还不能做事情?年轻人认定一个方向以后,要塌下心来坚持做下去。”赵忠贤常常讲的一句话是,“做科研,只要喜欢就不是坐冷板凳”

“按说到我这个年纪该退休看孙子去了,但是我只要接触到这些科学问题,精神就来了,觉得它是一种享受。”他用打麻将来举例道,“你打麻将会觉得是冷板凳吗?甚至打到半夜你还想打。”

不过,他也提出,社会应该给年轻人创造一个安心做研究的外部环境,特别是有合理的评价体系。“就像习总书记在两院院士大会上所说的,人才评价制度不合理,唯论文、唯职称、唯学历的现象严重,人才‘帽子’满天飞,这是不行的。”

他说,“帽子”给的准固然可以产生激励,但是不能让“帽子”戴上就摘不下来,有些是给年轻人的帽子,快退休了还戴着。更不能仅凭“帽子”来定功劳、定待遇。

当前,大湾区正在筹划打造全国第四座综合性国家科学中心,东莞松山湖科学城与深圳光明科学城已经被纳入先行启动区范围。赵忠贤也十分关心综合性国家科学中心建设,曾多次参与省、市相关咨询会并提出建议。

“从中央到广东省、东莞市都对这件事非常重视,但是想做一个好的规划不容易,需要对国际国内情况、对广东的情况有整体的把握,明确自身能做什么。”赵忠贤表示,规划要根据国家的需求、地区的特点、现有的资源,在3年、5年乃至10年左右的时间,分阶段分步骤进行谋划,有所为有所不为。此外,引进人才过程中,也要注意对人才的合理评价,按需引进,人尽其才

 

 

谈及今后的打算,年届八旬的赵忠贤心心念念的,仍然是超导。“一是找到超导应用存在的短板,想办法推动一些项目、组织一批队伍来把超导领域的这些问题全部扫光;二是在超导应用的某些方面,希望看到我们比别人强,有自己的‘绝活’。”

“我相信可以看到这一天。”赵忠贤说道。

 

 

撰稿:综合事务管理部 × 南方日报