鉴往知来说超导

本文转自：中国科学报

既有科普样儿，又有科学范儿——

鉴往知来说超导

《超导“小时代”：超导的前世、今生和未来》，罗会仟著，清华大学出版社2022年1月出版，定价：99元

■姬扬

3月7日，在拉斯维加斯举行的美国物理学会三月会议上，美国罗切斯特大学的迪亚斯教授宣布发现了“近常压室温超导”材料，随后又在《自然》杂志上发表了正式的学术论文，引发了科技界和公众的广泛兴趣，已经有很多新闻报道和评论文章，甚至出现了一些尝试复现其工作的科学报告。

什么是超导？室温超导有什么重要性？迪亚斯的新发现到底有多重要？如果你不是专业人士，又对这些问题感兴趣，就可以读一读罗会仟的科普书《超导“小时代”：超导的前世、今生和未来》（以下简称《超导“小时代”》），了解超导的历史，学习一些超导的基础知识。至于说这个热点新闻到底是茶杯里的风暴，还是革命前夜的疾风骤雨？请你先自己判断一下。真的假不了，假的真不了。最多只要几个月，我们肯定就会知道真相了。

超导就是超导电性，指的是一些材料在低温下具有非常特殊的性质：它们传输电流的时候没有任何阻力，不会发热，也就不会浪费能量。超导现象发现于100多年前，包含了丰富的物理内容，具有广泛的应用场景，吸引了许多科学家和工程师的关注。近年来，许多有关的应用逐渐进入公众的视野，越来越多的人开始关心超导。

《超导“小时代”》一书的作者罗会仟是中科院物理研究所研究员。正如副标题“超导的前世、今生和未来”所示，本书全面介绍了超导的历史和现状，并对未来作出一些展望。

我跟会仟是老朋友了，因为我们既是搞物理研究的大同行，也是对科普感兴趣并做了些相关工作的科普爱好者。这几天，我把这本书又读了一遍，有了更多收获。《超导“小时代”》出版不久，为什么要说“又读了一遍”？因为我五六年前就在《物理》杂志上、在他的博客里读过其中大部分内容。

那时候，他差不多每个月都会写一篇关于超导的科普文章，以通俗易懂的方式介绍超导的基本知识、发展历程和前沿进展。当时他应该就有将来汇集出版的计划，现在这本书的内容基本上依照当初文章的排序，并且保持了以前的特色，比如说，全书一个公式也没有，很有科普书籍的样子，但是有很多参考文献，这又是科学论文的范儿。不同的是，比此前我看的增加了一些内容，如图片增加了很多，有些还是重新绘制的。

罗会仟在超导物理领域学习和工作差不多有20年了。从作者“自序”里，可以了解到他和超导的关系经历了三个阶段，即大学时为超导着迷、读研时与超导结缘、工作后和超导“相恋”。他幸运地赶上了铁基超导的研究热潮，十几年来发表了上百篇高水平的研究论文。

他对超导的感情很深，“后记”里说这本书的内容构思开始于2009年，动笔于2015年，用了3年时间完成初稿，又用了3年才修改完毕，以书的形式和大家见面。

以前的中学物理对超导的介绍是一带而过，只提到它没有电阻，但是要在很低的温度下工作；现在的中学物理会提及一些应用，科普文章里会讲到科学家因超导研究得过几次诺贝尔奖，但是讲得都很零散。

本书第一章是《启蒙时代》，作者从远古的神话讲到科学的萌芽，从中国和古希腊对电和磁的最早观察，讲到现代西方科学发现电和磁的奥秘，可以让读者大致了解与超导有关的科学历史，即超导的“前生”。

第二章是《金石时代》，介绍了低温技术的发展、超导现象的发现和超导理论的建立；从昂尼斯把氦气液化并发现汞的超导电性，讲到超导体的完全抗磁性和宏观量子干涉效应；从几个成功的唯象理论讲到诸多失败的理论尝试，其中的参与者不乏爱因斯坦、玻尔、海森堡和费曼这样的大科学家，最后迎来了巴丁、库珀和施隶弗的成功理论（BCS超导微观理论）。

这两章的内容写得通俗易懂，感兴趣的中学生也可以理解。但有些细节我也是第一次知道，比如说，爱因斯坦、埃伦费斯特、朗之万和外斯等著名物理学家和昂尼斯的交往很密切，有一张照片显示他们一起在昂尼斯的家里讨论问题，小黑板上似乎还写着量子力学的公式。

我比会仟虚长几岁，也跟超导有些瓜葛。我参加过1987年的全国中学生物理竞赛，有一道题我现在还记得：

“近年来，人们制成了高转变温度的超导材料，其中一种成分是钇、钡、（ ）、（ ）四种元素，据报道，我国研制的这类超导材料的零电阻温度已经达到（ ）K左右。在这类超导材料出现以前，超导材料的零电阻温度只达到（ ）左右。”

这是我首次听说高温超导，中国科学家在超导研究的舞台上引起了世界的关注。这部分内容出现在第四章《黑铜时代》，里面不仅介绍了柏诺兹和缪勒发现铜氧化物高温超导材料的历程，这其中包括艰苦的探索和轻松的获奖——“成如容易却艰辛”，还讲了竞争激烈、燃遍全世界的高温超导研究热潮，不仅有许多参与者的情况，还重新绘制了一些当年的数据图片，以及物理学家、中科院院士赵忠贤在美国物理年会上作大会报告后回家骑三轮车拉蜂窝煤的照片。

这些内容和第三章《青木时代》里介绍的各种奇形怪状的超导材料与千奇百怪的物理性质，我多少知道一些，因为我碰巧在中国科技大学物理系低温物理专业学习过一年。我觉得任何对此感兴趣的大学生都可以理解这两章的大部分内容，即使是中学生也可以理解许多，但是其中也有很多我初次了解的内容，以及一些我现在也不大看得懂的部分。

我自己不研究超导，但是2008年铁基超导研究的热潮，当时我就感受到了，因为我的一些同事和朋友从事相关研究，我也在会议上听到过许多故事。

当然，罗会仟有亲身经历，他在第五章《白铁时代》介绍得很全面，从中可以看到很多新知识，看到我国许多科学家作出的贡献。我们自然也会问：我国的超导研究力量这么强，但为什么最早发现铁基超导的是日本科学家细野秀雄？答案在书中可以找到。

需要提醒读者，这一章有些过于前沿，一些图片似乎取自学术文章或者是综述性的学术文章，遇到看不懂的部分，可以考虑像我一样直接跳过去。

从1911年昂尼斯发现超导现象开始，超导研究有100多年历史了，诺贝尔物理学奖已5次花落相关研究成果，但是超导研究依然长盛不衰，室温超导的梦想仍然没有实现。

最后一章《云梦时代》则介绍了当前研究的最新进展，包括“压力对超导的调控”——2020年在《自然》杂志上发表的一篇文章声称，在高压条件下实现了15摄氏度的超导电性。超导的研究仍然大有可为。

以上只是一些浮光掠影的介绍，这本书里还有很多有趣的内容。比如说，有趣的演示（磁悬浮的青蛙、“飞毯”上的老鼠）、扎实的应用（医院里的核磁共振、无损耗输电的高温超导线缆）、先进的理念（超导量子计算、超导太赫兹系统），甚至还有很多宣称实现了室温超导电性的乌龙事件——这个很有趣，我就不“剧透”了。

总之，这是一本很有趣的科普书，任何关心超导的人，都可以看一看。无论是中学生还是大学生，无论是专业人士还是普通读者，都会有所收获，且每个人的收获可能各不相同。即使你是打算从事超导研究工作的研究生，也可以从中获益，也许收获更大——因为书中的一些内容简直就是来自科学前沿的现场报道。

（作者系中科院半导体所研究员）