加载中…我所经历的 1986-87年 高Tc超导陶瓷材料突破真情记实（3）
(2017-06-26 13:55:34) 第二篇 1987年3月争夺90K超导材料突破
第一章 1986年5月突然发现陶瓷氧化物超导体震惊世界
1、工作背景让我主动关心高温超导材料的进展
人们首先想到利用超导体来输电，将是最有成效的节能措施。但实践证明，当时已知的超导体承载超导电流的能力极为有限，因而其实用价值很小。直到六十年代，人们又发现铌的合金和化合物具有实用的超导体性能，并能在强磁场下工作。在十万高斯的强磁场中，能承载高达百万安培/厘米2的超导电流密度（Jc）。新超导体材料的发现，才使超导材料开始迈出实验室，形成一个新的技术部门。
超导体要能满足实际应用，需要考核三项技术参数：临界温度Tc
（电阻为零时温度，一般用绝对温标K表示）；临界磁场
世界许多国家多年来，一直从事超低温度的超导的实用性研究工作。
日本集中于发展超导磁悬浮列车；英国集中于研究超导磁流体发电机；美国集中于在高能实验物理中的应用（加速器超导磁铁和大型粒子探测装置），可控热核反应的强磁约束装置和医用核磁共振成像（MRI）等方面。一般所选用的铌钛合金材料，所需低温环境是液化氦（4.2K）。
但是，复杂的制冷技术，昂贵设备和维护使超导材料体的工业应用大受限制。以制冷技术的难易程度，特别是从经济方面划分，可分为四个温区：液氦（4.2K）；液氮（77K）；干冰（194.5K）和室温（296K或23C）。在美国1986年的市场上，每加仑液氦售价11美元而液氮每加仑仅22美分。因此，探索高临界温度的超导体，便成为当代最富吸引力的研究课题。研究花费了62年时间，直到1973年发现铌三锗超导材料（Tc=23.2K），才使超导体的临界温度提高了19K。
2、研究对象主要集中在金属和其合金。人们要问：是否还有别的路可以走？
IBM在瑞士苏黎士的研究所的一位高级研究员谬勒 (K .A. Hǜller
),他从事氧化物结构研究工作20多年。在1983年夏天，他看到法国Caen大学的Claude Michel和Bernard
Raveau的文章，提及在一种陶瓷组成体中，化学家们发现了导电讯号。
由于这种类似陶瓷一样的氧化物，人们都认定是绝缘材料，完全与人们头脑中想象中的超导体不一样，所以作者发表文章中只称是可能的高临界温度超导体。当时也未引起人们的注意。美国
2-1-2、到底谁把《在30K可能存在超导电性?》传入中国。
1、南京大学蔡建华1986年5月澳大利亚把信息电话科技大学管惟炎
南京大学教授蔡建华（他长期从事理论物理、统计物理与量子多体理论及凝聚态理论研究。与人合作“超导临界温度理论”研究取得成果。著有《量子力学》，主编《量子统计的格林函数理论》。
“Possible High Tc Superconductivity in the Ba-La-Cu-O system”
这篇报导，由于他曾经在国内参加过研制高温超导体的攻关，对谬勒和柏诺兹的实验结果很有兴趣。于是他马上就写了一封信给管惟炎，希望他注意这件事，并在他信里也让管惟炎转告北京物理所的赵忠贤。
1986年6月份的中国安徽合肥的地方找不到这期的德文的“物理杂志”。同样信息转传多年从事高温超导体的攻关的中国科学院物理研究所。但是在北京也找不到刚在西德出版的《物理杂志 》。
我一直在北京中科院工作，熟悉：即使在北京，外国科技杂志要比国外晚半年。我推算，在北京也要到10月底才能看到登在西德“物理杂志”，要有兴趣者才会接触到这篇论文。
据记者对赵忠贤的访问，他说他1986-9月在北京看到这篇论文，立刻与同事们开展对谬勒和柏诺兹的实验结果验证工作。（但据我在朱经武实验室获得信息，赵忠贤没这么早就开始验证工作，至少在告诉休斯顿大学朱经武实验室的蒙女士之前没做过实质性工作，他们实验室条件也不具备。）
出于同行间互通信息，在1986年11月5日这项消息经中国科学院物理研究所也传到了在美国得克萨斯州休斯敦大学物理系磁学实验室工作的蒙如玲手里。
2、86年6月管惟炎让他学生张其瑞（中国科技大学低温超导专家），转告赵忠贤。之后在中国在科技大学和北京物理所分别开展验证30K高温超导体的论证工作。
3、赵忠贤在86年11月初告诉休斯顿大学蒙如玲
4、1986，11，6日朱经武教授从华盛顿DC回来后在他休斯敦大学物理系位于四层的实验室。当他办公桌上看到拷贝好的谬勒和柏诺兹合作论文稿。经过对IBM专家实验条件和原材料以及烧制方法等讨论后，立刻下达首先验证的真伪，利用现有实验条件尽快出结果。
1986年11月7日蒙如玲用高温烧结办法制作出来5个样品，然后将每个样品仔细地切成尺寸为1x1x3厘米大小的3块长方形测试方块。对总计15块测试方块。每块测试方块都要做电阻随温度改变测试，获得30K温度时，看到电阻急剧下降，验证了谬勒和柏诺兹的实验结果是正确的。
蒙成功验证后，把结果转送四份验证曲线给中科院物理所等单位。
2-1-3 世界对谬勒和柏诺兹论文的反应
1、中国
中科院物理所所长管惟炎说：“1986年 6月我获悉IBM专家可能获得30KBa-La_Cu-O超导体信息后就在科技大学开展这方面研究。科大有这方面的专家人才，科大张其瑞在很早以前就已经提出来说要做特殊类型的超导体，包括氧化物超导体。在做七八年五年科学规划时，就已经把探测高温超导作为国家重点项目，当时还有很多人反对，认为这个太专门了。”
2、高温超导出来以后，当时有很多非常有名在美国作超导的人都不太相信。正如科大校长管惟炎说：“当时，就算有科学家看到了也没有动手做，所以给朱经武就占了这个便宜。因为在这以前，每隔一两年、两三年都有人讲说他突破超导临界温度，比如在法国举行的第十四届低温物理会议时，那个会议最后有个圆桌会议，就是讨论超导，当时认为氧化亚铜是150多K的超导体，当时倒是没有做出来它是零电阻，只有做出来有迈斯纳效应，朱经武就说是他们先发现，跟他争的是俄国人，当时苏联人的英文都很差，所以争不过他。后来那个俄国人在苏联还申请了很大一笔经费，盖了一栋实验室，日子久了发现这都是错的，没那一回事，像这种是每隔几年都会发生。”
3、日本开始验证论文 但结果自己也不清楚
所以科大校长管惟炎在回忆1986-87高TC超导突破说，面对几年的高温超导的各种突破实例的提出和立刻否定，即使你是很有声望的超导领域专家，看到西德缪勒这个文章，你很难一下子相信。
管惟炎在回忆说：“法国人在缪勒文章之前曾经做过同样的材料，但是没发现。苏联人甚至说，他们早有高温超导体的文章，根本不用做样品，本来就有了，只要从架子上拿下文章来就可以。这些人都是失之交臂，如果当时认真做，现在就是他们得诺贝尔奖了。”
4、管惟炎说，美国休斯顿大学朱经武1986年开始做的时候，目的是重复、验证缪勒的实验，但是朱经武加了压力，加压后临界温度就从38K上升到40多K，最后最高到50多K，当时他非常兴奋，因为创纪录了，他还传真告诉我说已经做到50多K了，那时我已经回到物理所。
2.1.4 我从朱经武86-12-24日召开新闻发布会后开始关注高温超导突破
我到休斯顿总领事馆后，由于工作关系，经常去与各种人事交往，因为人交往才能获得可贵的真实、最前沿的科技信息。
朱经武是总领事馆的老朋友，我主管科技交流，所以是我最早认识或熟悉的华人科学家之一。1986年底与教育组一起访问他家时，我从教育领事中得知，朱经武最近在高温超导上有突破性成就，12月22日在华盛顿DC NSF召开新闻发布会，介绍朱经武教授获得40.2K高温超导体。
我在清华大学工程物理系电物理专业毕业，在原子能所工作过，后在高能物理工作，又从中科院国际合作局调任总领事馆科技组。我自然对磁学、超导等很熟悉，也丰富我交往学术聊天的专业知识。作为承担国际科技合作与交流的任务，当然知道高温超导体的科学性和实际使用的价值。很值得注意它的发展，必须掌握今后发展趋势和关键诀窍。我自己研究领域就有在高能加速器中超导磁体选用的的铌钛合金材料，所需低温环境是液化氦（4.2K）。超导材料需要超低温环境条件。而当前制冷技术设备能提供：液氦（4.2K）；液氮（77K）；干冰（194.5K）和室温（296K或23C）。如果谁能研发出超过液氮温度77K的高温超导材料那么科学上，实际应用上都是及其重大科技发现。
因此获得30K-40K 高温超导的确是惊人的世界重大科技发明，而且马上想到这新科技成果很可能冲击1987年诺贝尔物理奖。这样科技发展前景让人兴奋，能有机会在这环境中工作，如果能参加进去，哪怕很小一部分，也是人生很大幸运。
http://s11/mw690/001wRANGzy7caEvAdIu4a&6901986-87年
朱经武的妻子陈璞是著名数学大师陈省身的女儿。
我到领事馆后 ，就开始去拜访过休斯顿大学朱经武实验室，也多次与总领馆负责商务、教育、科技、办公室等官员受邀去朱经武家里过节，在他家中我认识朱经武夫人和他助手蒙如玲。
http://s16/mw690/001wRANGzy7caEy2XAH5f&6901986-87年
这照片的科技、商务组的领事拜访朱经武教授。他左手是总领事馆商务领事，右手是科技领事。左起第一人是蒙如玲。
http://s13/mw690/001wRANGzy7caEB7qxK2c&6901986-87年
蒙如玲女士是当得克萨斯州休斯敦大学物理系磁学实验室主任朱经武（Paul Zhu ）教授在中国科学院物理研究所讲学时，她认识了朱，并在1979年作为中国派出的第一批到美国的留学生，到了休斯敦大学物理系磁学实验室工作培训。81年回国，83年作为自费生又回到休斯敦大学，被朱经武聘用为助理教授，仍在物理系磁学实验室工作。
蒙如玲在国内时就较长期参与国内有关研制高温超导体的攻关事宜。无疑，这是一个好信息。她叫在该实验室工作的研究生高理，到图书馆，把谬勒和柏诺兹的论文复印几份。
朱经武在休斯顿大学完成对谬勒和柏诺兹的论文猜测的肯定验证
1986年11月6日早上9点，朱经武教授来到克萨斯州休斯敦大学物理系位于四层的实验室。当他座下时，看到一份特别的文章：
“Possible High Tc Superconductivity in the Ba-La-Cu-O system”
他看后，马上讯问蒙如玲：“小蒙，你看：我们实验室能否做此项工作，我们要很快验证它！”。
蒙如玲回达道：“ IBM用的是溶液共沉淀法，我们实验室现在没有条件。所以没有条件按照他们的方法去论证。”
该实验室，过去主要依靠NSF,NASA资助，每年资金几万美元。按照当时条件，可能的办法是将镧，钡，铜的氧化物（La2O3, CuO, BaCO3）先研磨成粉状，然后再经高温，高压烧结成型。
但蒙如玲提醒地说道：“不过，这篇论文在最后讲，在1,1000C烧结的样品是不行的。“
最后，朱经武教授做出了决定：现在全体放下一切其它事，马上去订化学试剂品，用高温烧结办法，首先论证IBM的实验结果。
朱经武教授，1941年出身于中国湖南省。1962年在台湾成功大学毕业。1968年在加州大学（圣地亚哥）获博士学位。后在纽约贝尔实验室工作两年，在Cleveland州立大学九年,1979年来到休斯敦大学任教
1986年11月7日蒙如玲将镧，钡的氧化物和氧化铜，研磨成粉状，然后经9000C高温，高压烧结成型。用此高温烧结办法制作出来5个样品，然后将每个样品仔细地切成尺寸为1x1x3厘米大小的3块长方形测试方块。总计15块测试方块。每块测试方块都要做电阻随温度改变测试。不是每块都成功，但有少数几块可以明显看到，温度从80K开始，降到60K，40K电阻稍有些增加，但在30K温度时，看到电阻急剧下降。
“啊，成功了！”用高温烧结办法，首先证实了IBM的实验结果，这种特殊氧化物在30K，的确存在超导特性。胜利的喜悦立刻传遍斯敦大学物理系磁学实验室。
朱教授又想到，超导体的临界温度与外界磁场强度有关。于是又做了在强磁场下的电阻随温度改变测试。得到了超导体的临界温度下降结果。
在以后三，四天里，他们重复测试，结果一样：少数样品有很明显的超导特性，说明朱经武磁学实验室，用固体高压烧结成型法，已论证了IBM的实验结果，并获得了稳定的超导体。
出于研究所之间互换信息，下列中国从事高温超导体研究的单位，都获得论证了IBM的实验结果的电阻下降曲线的复印件：
中国科学院物理研究所的管惟炎所长（管惟炎在回忆录中证实他收到过）；
中国科学院物理研究所的李林和赵忠贤；
北京有色金属研究所、湖南矿冶所。
1986年11月17日晚，按惯例，我应朱经武夫妇邀请去他们家中过感恩节。我1984年5月来到驻休斯敦总领事馆任科技领事后，由于专业习惯，我已几次应邀去朱经武的实验室参观。朱经武本人又是中国科学院物理研究所的名誉研究员，我也是中科院的人，所以我们有较多联系。遇大的节假日，或我个人，或与其它科技、商务、教育领事多次应邀去朱家欢聚。
在这次感恩节欢聚中，我被朋友告知，朱经武实验室最近在高温超导体研究上取得了重大突破。
1986年12月1日，在美国材料协会的超导会议上，朱经武提到他的实验室已经证实谬勒和柏诺兹的结果，并测绘到电阻下降曲线。这条消息引起日本东京大学田中教授的惊奇，当晚马上电告东京大学提供更详细数据，他于12月2日报告了东京大学论证谬勒和柏诺兹的结果，他们不仅测得电阻下降曲线，而且，也看到重要的迈斯尔纳效应（Meissner）
超导体除了零电阻外，还具有一个最特别的迈斯尔纳效应（Meissner），就是抗磁性，外界磁场不能穿过它。零电阻测试可能遇到测试仪表不准问题，而迈斯尔纳效应，很好测试，也好表演。比如将此镧钡铜氧的陶瓷体放到一块永磁体上。在此氧化物陶瓷体还不是超导体时，它们之间没有任何作用。但如果你将此氧化物陶瓷处于它超导体温度（30K），它立即被永磁体推起悬浮在空中（此时磁力与重力平衡）。
1986年12月15日朱经武实验室，获得在加压（3-14 Kbar）下，转变温度为40.2 K的La-Ba_Cu_O超导体,并将此结果送交权威性“物理评论通讯”杂志评审和发表。
继后，AT&T的贝尔实验室获得转变温度为36K的La-Ba-Cu-O超导体，东京大学获得转变温度为37.5K的La-Sr-Cu-O新型超导体。
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