超导“小时代”之三十八 走向超导新时代

正未来已来,唯变不变。这是超导"小时代"系列连载的最后一篇,在此,希望对超导研究的历史做一个简要的总结,并展望未来的超导研究和应用。1超导研究的巨大魅力超导研究无疑在凝聚态物理领域甚至在整个物理学界中,都扮演着不可忽视的重要角色。从1911年卡末林·昂尼斯发现第一个金属汞超导体以来,超导的研究历程跨越了一个多世纪,带来过无数惊喜的发     

超导“小时代”之三十五室温超导之梦

正梦想是一定要有的,万一实现了呢。——马云每个人都有各自的梦想,小时候我们梦想成为科学家、教师、宇航员、艺术家,长大后我们梦想追逐更加舒适的生活和富足的精神世界。只要有梦想在,生活似乎就总是充满期待和希望。从事超导研究     

超导“小时代”之八 畅行无阻

正速度七十迈,心情是自由自在,希望终点是爱琴海,全力奔跑梦在彼岸。——黄征《奔跑》在诸如北京这样的大都市开车出门,最不想遇到情况是什么?答曰:堵车!最有可能遇到的情况是什么?答曰:堵车。世界上最遥远的距离,不是你在天涯,我在海角,而是你住在四环,我堵在五环,你已准备下班,我却还在上班路上。把每天的青春生命浪费在堵车上,恐怕没有比这更加糟心的事情了。人人都盼望有一路畅通的日子,用七十迈的速度,换来自由自     

超导“小时代”之十 四两拨千斤

正他强由他强,清风拂山冈。他横任他横,明月照大江。——《九阳真经》(来自金庸《倚天屠龙记》)正所谓:"温饱思哲学,哲学生物理",古希腊繁荣的物质文明不仅催生了"科学和哲学之祖"泰勒斯,还涌现出如苏格拉底、柏拉图、亚里士多德、德谟克利特等多名哲学家。哲学(英文philosophy)在希腊语里就是Φιλοσοf?α,意指"爱好智慧",和探索万物之理的物理学颇有渊源。实际上,物理学一词(英     

超导“小时代”之十三双结生翅成超导

正四张机,鸳鸯织就欲双飞。可怜未老先白头,春波碧草,晓寒深处,相对浴红衣。——《古乐府诗词·九张机》白居易在《长恨歌》里这样描述唐明皇和杨贵妃的爱情:"在天愿作比翼鸟,在地愿为连理枝。天长地久有时尽,此恨绵绵无绝期。"自古以来,我们的自然界多种动物乃     

超导“小时代”之三十七 超导之从鱼到渔

正临河而羡鱼,不如归家织网。——《淮南子·说林训》超导材料的探索之路充满机遇,就像在电子的汪洋大海里钓鱼,有时候需要一点耐心,有时候需要一点运气。如何能钓到心仪的那条"超导鱼",似乎从来都不是那么确定的事情。话说,授人以鱼不     

超导“小时代”之五 神奇八卦阵

正阵间容阵、队间容队;以前为后,以后为前;进无速奔、退无遽走;四头八尾,触处为首;敌冲其中、两头皆救;奇正相生,循环无端;首尾相应、隐显莫测;料事如神,临机应变。——《八阵图赞歌》如果你看过吴宇森导演的电影《赤壁》,那么请回忆一下,哪个人物给你印象最深刻?是业余忙着写大字读诗经编草鞋的桃园三兄弟,是能写诗能舞剑能给萌萌马儿接生的周公瑾,还是随时都要冷静冷静     

超导“小时代”之二十六 山重水复疑无路

<正>众里寻他千百度,蓦然回首,那人却在,灯火阑珊处。——南宋·辛弃疾《青玉案·元夕》话说,行走江湖,身不由己。最担心受怕的,一是遇到熟人,不知如何是好;二就是山中迷路,不知去向何处。幸运者,可以豁然开朗偶遇桃花源;不幸者,或跌入山谷粉身碎骨,或被山中猛兽吞噬。山重水复之中,谁不曾想柳暗花明之时(图1)。然,生活总是喜欢和人们捉迷藏,以致于在不断赶路中忘记了出路,在失望中追求偶尔的满足,在睡梦中解脱清醒的苦,却一直流浪在灯火阑珊处。在前面几节,我们已经从不同     

超导“小时代”之三十四铁器新时代

正历史的车轮滚滚向前,所有生命都是短暂的。——菲利普·K·迪克人类之所以能够发展成高等智慧生命,能够使用甚至发明工具,是其中最为重要的因素。人类的早期历史,根据使用工具的不同,可以划分为石器时代、青铜时代、铁器时代等,工具的耐用程度越来越高,使用的范围越来越广,制作的工艺也越来越难。从第一个超导体——汞的发现开始,到如今超导研     

超导“小时代”之三十六:压力山大更超导

在超导材料研究中,高压是非常重要的方法。在高压下,原材料之间互相接触紧密,化学反应速度要远远大于常压情况,极大地提高了材料制备的效率。常用的高压合成方法有很多,比如多面顶高温高压合成和高压反应釜合成等。前者比较复杂,外层是个球壳,传压介质包裹着里面的八面球压砧,然后顶上六面顶压砧,再压上一个四面体的传压介质,最里面才是样品材料(图2)。如此设计的层层压力传递,最终就能在比较狭小的空间里实现几十万个大气压(~20 GPa)。高压反应釜则比较适合液相合成,将原料放在液体中并将其高压密封,温度升高后压力会更高,有利于某些样品的生长(图2)。借助高温高压,能实现不少常压下得不到的材料。对于某些特殊材料,如一些笼状化合物,在常压下难以稳定存在或合成。包裹着甲烷等的笼状水合物,又称之为“可燃冰”,就是海洋深处高压下形成的。一些高压下合成的笼状结构超导材料,如Ba8Si46材料,临界温度约为8 K(图3)。许多硼化物等硬度很高的材料,也需要借助高压合成来完成。     

超导“小时代”之二十七盲人摸瞎象

正众盲摸象,各说异端,忽遇明眼人又作么生?——宋·释道原《景德传灯录》据《大般涅槃经》记载,古印度有位叫做"镜面"的国王,为了劝诫百姓皈依佛法,特举办了一场"盲人摸象"活动,找了十数位盲人来摸大象的一部分,让他们说出大象的模样。结果答案是:"其触牙者即言象形如芦菔根,其触耳者言象如箕,其触头者言象如石,其触鼻者言象如杵,其触脚者言象如     

超导“小时代”之十二形不似神似

正名山许游未许画,画必似之山必怪。变幻神奇懵懂间,不似似之当下拜。——石涛(清)俗话说:"书画同源。"中国画起源于古代人发明的象形文字,千百年来,无论是写实、写意,还是工笔画,中国画的特色在于"形似",达到如同"远看花有色,近听水无声"的以假乱真水平。在形似基础上,中国画还讲究一种神韵,不是生硬照搬客观事物,而是有所     

超导“小时代”之二十三异彩纷呈不离宗

<正>千举万变,其道一也。——《荀子·儒效》我们生活在一个变幻万千的世界,一切万物,从微观到宏观都在不断变化。宇宙膨胀、太阳聚变、地月绕转、四季更替、云卷云舒、花开花落、细胞代谢、分子振动、电子成云等等,变化着的世界看似非常复杂,却也蕴含着基本的物理规     

超导“小时代”之十一 群殴的艺术

正积羽沉舟,群轻折轴,众口铄金,积毁销骨。——司马迁《史记·张仪列传》战争是人类历史上有组织有纪律的群殴,纵观世界历史上大大小小的战争,基本上以少胜多或弱者战胜强者的例子极少,只要有即可列入史上著名战争之一。换而言之,基本上临时拼凑的杂牌军很难在规模宏大的正规军面前取得胜利[1]。这背后其实蕴含着一个非常简单的物理     

超导“小时代”之三十 雨后春笋处处翠

正沉舟侧畔千帆过,病树前头万木春。——唐·刘禹锡《酬乐天扬州初逢席上见赠》每年的大地回春,伴随着万物复苏、嫩芽新绿、繁花盛开、莺歌燕舞,一切都是令人愉悦的。探索超导的道路上,似乎也有类似的春夏秋冬轮转。铜氧化物高温超导体自1986年发现以来,经历了一波高温超导的研究的热潮,随后在90年     

超导“小时代”之十九 二师兄的紧箍咒

<正>紧到会箍死,痛造就趣味。——林若宁词;尚雯婕曲《紧箍咒》"唐僧骑马咚里个咚,后面跟着个孙悟空;孙悟空,跑得快,后面跟着个猪八戒;猪八戒,鼻子长,后面跟着个沙和尚;沙和尚,挑着锣,后面跟着个老妖婆……"不知你是否还记得这首朗朗上口的童谣?话说在多少个寒暑假里,电视     

超导“小时代”之六秩序的力量

正如果这个世界没有秩序,那所有的国家将被摧毁。——亨利·基辛格《世界秩序》古语有言:"二人同心,其利断金;同心之言,其臭如兰。"两个人要齐心合力,很多难题都可迎刃而解,两个人要情投意合,聊起天来也是娓娓动听,——这就是团结协作的重要性。团结的力量有多大?我们常说一根筷子易折断,一把筷子就难了。如果个体集结在一起成为群体,力量如钢,力量如铁,甚至比铁硬,比钢强!浩瀚海洋里生存法则残酷,大鱼吃小鱼、小鱼吃虾米,小的鱼可以靠群体的力量来抵御掠食者的进攻。这种强大的力     

超导“小时代”之十七 朽木亦可雕

正生活中从不缺少美,而是缺少发现美的眼睛。——奥古斯特·罗丹(法国)《论语·公冶长》记载了万世师表的孔圣人大冒肝火的一件事:"宰予昼寝。子曰:‘朽木不可雕也,粪土之墙不可杇也!于予与何诛?’"因为弟子宰予大白天旷课睡懒觉,孔子便觉得此人"懒得没救了",还感叹以后再也不偏信他人言,一切看其行动才成。孔圣人殊不知,千余年后的今天,无论从小学到中     

超导“小时代”之二十一 火箭式的速度

正在尚未有清晰理论时,就去探索高温超导材料,也许会带来出乎意料的结果,甚至全新的发现。——维塔利·金兹堡铜氧化物高温超导材料的发现之路充满曲折、坎坷、运气和惊喜。1978年,缪勒在IBM美国实验室访问时开始接触到超导相关的研究,开启了他的氧化物超导体探索之路。1983年,缪勒说服了同在IBM瑞士实验室的年轻人柏诺兹,     

超导“小时代”之四：电荷收费站

18 世纪末到19 世纪初,牛顿力学的大厦已经落成,整个物理学界正以一个名门正派的身份走向体制化时代。研究物理的基本套路走向成熟：发现新物理现象——总结基本现象规律——针对特征现象进行详细实验测量及定量表征——从大量实验数据里找到合适的数学描述——得出相应公式化的定律——用定律来解释或预测新的现象。至今,以实验为基、理论为辅的科学研究仍然是八股范式,几乎所有的自然科学研究都是这个模式。长期以来,它在描述我们生活的自然过程中取得的成功证明了：实践是检验真理的唯一标准。对于实验物理来说,关键在于获得可靠的定量化的实验数据,否则建立理论只能是空谈。在当时如火如荼的电学研究领域,如何定量地描述电学实验现象,成为各位科学玩家最头疼的问题。