高温超导体发现历史研究论文.docx

高温超导体发现历史研究论文1986-1987年间在超导研究领域中出现的重要突破在世界性的范围带来了科学史中罕见的激烈竞争。至今在拉开了7年“历史距离”之后关于这段历史许多当事人和一些记者已发表了不少著述但其间说法不一致之处颇多而前几年科学史家撰写的这段历史限于当时可得的材料现在看来也不够详尽和全面。[2]基于现有的资料以及笔者近来对中、日、美参与了当时工作的带头科学家所作的访谈本文将首先回顾有关历史背景然后对从1986年突破出现到1987年初液氮温区超导体最初发现的历史重新进行梳理并在最后对此段竞争中出现的若干问题进行简要的讨论。一、背景与突破的开端几十年来阻碍超导电性得以广泛应用的最重大的障碍之一就是已知超导体的临界转变温度（Tc）太低。虽经众多科学家在此方向的多年努力但自从1973年在铌三锗中发现23K的临界转变温度之后这一纪录一直保持了13年之久。如此之低的温度通常要用代价昂贵的液氦手段才能获得而对液氮温区（77K以上）超导体的发现则似乎成了一个难以实现的梦想。超导研究一度曾处于低潮。但是1986年转机终于出现在对氧化物超导体的研究中。在国际商业机器公司（IBM）苏黎世研究实验室工作的瑞士科学家缪勒（A.Müller）可以说是超导研究领域中的一位“新手”。直到1978年他去IBM在美国的一家研究实验室作休假研究时才接触到了超导问题并对氧化物超导体的研究产生了兴趣。1964年人们发现了第一个氧化物超导体即锶钛氧化物但Tc只有0.3K。1975年由斯莱特（A.W.Sleight）等人发现的Tc为14K的钡铅铋氧化物超导体虽然吸引了若干科学家的注意力但一时也未再有更惊人的进展。1983年夏缪勒邀请并说服了在同一实验室工作的贝德诺兹（J.G.Bednorz）一起进行研究虽然对更年轻些的贝德诺兹来说高温超导体的探索是不易有成果因而颇具“风险”的但他还是在完成其他主要工作之外的业余时间与缪勒一道从事这项工作。缪勒和贝德诺兹的最初设想是在某些具有可导致畸变的所谓Jahn-Teller效应的氧化物中进行寻找。在二年多的时间里他们先研究了镧镍氧化物系统但没有成功。1985年在读到了法国科学家米歇尔（C.Michel）等人对钡镧铜氧化物所做的研究后他们又将注意力转向了这种含铜的氧化物。[3]很快地1986年1月他们在自己制备的钡镧铜氧样品中利用电阻测量观察到了30K左右的起始转变温度。[4]这是一个绝对令人兴奋但又有些难以置信的结果。但为了保险起见经验丰富的缪勒还是坚持继续重复实验直到4月中旬他们才向《物理学杂志》送交了论文。该论文于4月17日为杂志收到论文被谨慎地题为“钡镧铜氧系统中可能的高Tc超导电性”。[5]由于要进一步确认他们发现的是超导电性除电阻测量之外尚需测量其样品的迈斯纳效应但当时他们手头甚至没有可用的仪器。定购的仪器到8月份才到货。[6]贝德诺兹和缪勒迅速调试好仪器果然进一步的磁测量支持了他们原来的结论当报道新结果的第二篇论文寄到《欧洲物理快报》时已是10月22日了。[7]在超导史上曾多次有人宣称发现了高温超导体但最终均以结果无法为他人所重复或被证伪而告终。由此大多数科学家对大多数发现高温超导体报道总是倾向于持怀疑的态度。很自然地与对待重大科研发现的常规作法不同贝德诺兹和缪勒除了送交论文去发表之外他们没有再以任何其他的方式来公布这项划时代的成果。当然据一份文献所讲在等待测量迈斯纳效应的仪器到达的这段时间中他们曾有少数几次向为数不多的人介绍其工作但听众的反应“充其量只是不冷不热”而已。[8]他们的第一篇文章直到9月份才正式发表（而他们第二篇关于磁测量的论文的问世已是1987年的事了）因此在经过了半年之后广大的物理学界才有可能了解其工作。按照贝德诺兹和缪勒原来的估计别人对他们的工作的证实和接受恐怕至少要用2－3年的时间。[9]此时贝德诺兹和缪勒在超导物理学界并不是知名人物其论文所发表的杂志也算不上是发表超导研究工作的最权威刊物再加上历史上的教训大多数超导物理学家或是并未留意到其工作或是持怀疑态度。但是在中国、日本和美国毕竟有少数科学家敏锐地迅速抓住了这一难得的机会正是由于他们的证实和进一步研究使得事态后来发展的速度远远地超出了贝德诺兹和缪勒原初的预期。二、反应9月底中国科学院物理研究所的赵忠贤在物理所图书馆中读到了贝德诺兹和缪勒刚刚发表的文章。[10]基于长期研究高温超导的背景赵忠贤在回忆当时的想法时说：“我认为缪勒的想法是有道理的。尽管对于真正的机制至今也不清楚但我认为存在Cu3+与Cu2+之间的巡游电子将导致具有Jahn-Teller效应的Cu2+与无Jahn-Teller的Cu3+交替变化从而将有利于造成很强的