薛其坤眼中“神奇的量子世界”（三）

首屆未來科學大獎物質科學獎得主、清華大學副校長薛其坤教授特別受邀出席未來科學大獎峰會並發表了主旨演講， 這也是其在獲獎後的首次公開亮相。 藤影荷聲將連續刊載薛其坤院士的演講稿， 以饗讀者。

續薛其坤眼中“神奇的量子世界” （一）

續薛其坤眼中“神奇的量子世界” （二）

超導現象

超導現象也是非常奇特的量子現象， 1911年由一個荷蘭科學家發現， 兩年以後， 他因此獲得了諾貝爾物理獎。 大家知道， 對大部分材料來講， 降溫的時候它的電阻會一直下降。 對絕大部分材料， 即使降到絕對零度還剩有一點電阻。 而另一種材料， 當降到某個特定的溫度---轉變溫度時， 電阻會變成零， 所以這是超級導電， 歐姆定律也不再適用了， 而且它有完全的抗磁性。 如果我們用這麼一個超導體做一個圓環， 通上電， 一直使它處於超導， 這個電流會永遠永遠地流下去。

而且因為電阻等於零， 按照歐姆定律， 剛才我們提到發熱的問題就解決了。 電阻等於零， 它產生的熱量也等於零， 所以這是非常重要的現象。 如果我們在室溫下實現了， 這意味著我們電子器件一旦供上電就永遠不用管它。 室溫下的超導將和電的發明一樣重要。 大家可以想像， 想像超導這個領域是非常重要的， 導線沒有電阻了， 所有的電子器件， 所有的輸電線路， 都會大大的降低能耗。 這種現象非常的神奇， 光超導這個領域就五次拿到諾貝爾獎， 1913年、1972年、1973年、1987年， 2003年。

超導研究總體的路子， 不說大家也知道， 就是怎麼提高材料達到超導狀態的溫度。 大部分材料達到超導要溫度非常低， 一般是液氦（溫度）以下。 液氦溫度大概是4K，

如果材料工作在液氦溫度要花非常大的能量。 第二個非常重要的溫度就是77K,這是非常重要的溫度點。 為什麼呢， 77K就是液氮的溫度。 如果能找到77K就可以實現超導狀態的材料， 你把它泡到液氮就可以了。 液氮很便宜， 每升4塊錢， 就是兩瓶礦泉水， 少喝點礦泉水就有這樣的經濟價值。 但是， 若大部分應用要用液氦， 液氦每升100塊錢， 一般儀器每天要用10升， 那就是1000塊錢， 所以你的儀器每天要喝一瓶茅臺， 大家都用不起。

提高超導轉變的溫度， 是超導專家夢寐以求、一直追求的目標。 結果， 這個事件發生在1986年， 瑞士的的科學家發現超過77K溫度的高溫超導現象， 1986年發現， 1987年拿諾貝爾獎。 拓撲相變是1983年就提出了這個理論， 過了二十幾年到今年才拿諾貝爾獎。

他們是1986年發現， 第二年就拿獎。 因為在液氮裡做出的新一代電子器件可以工作。 它的機理在哪裡？科學的機理在哪裡？三十年過去了， 一塌糊塗。 今年1月份有一個美國科學家評述這方面的理論， 他說至少有14個諾貝爾獎， 包括成千上萬的物理學家都在這個領域工作， 都提出了理論、模型和想法， 大部分都非常有意思， 但是互相矛盾， 他把他們倆發現的銅氧化物超導機制的解決稱之為物理的巨人之戰， 到現在還沒解決。

在2008年的時候， 我們剛剛才瞭解一點高溫超導。 忽然有一天， 我有一個想法， 能不能用中國魚與熊掌兼得的策略解釋77K這個溫度下的超導現象？但是我不確定， 因為我對高溫超導瞭解不多。

2008年6月6日， 我請我的兩個好朋友， 北大的謝心澄老師和當時在香港大學的張富春老師來京， 他們兩個都是超導專家， 張富春是在高溫超導發現以後水準最高的科學家之一， 我說， 我這個理論， 你們告訴我值不值得做， 對還是不對。 6月6日， 我選了一個比較吉利的日子向他們彙報， 我用紅字標出來就是當時報告的封面， 我寫到“joke or breakthrough”。 就是我這個想法， 究竟是個有可能出現的突破， 還是一個笑話？開了半天的會， 因為都是好朋友， 我猜測他們可能知道我不對， 但是沒好意思說。 晚上吃飯的時候， 他們說了這樣一句話， 想法可能很好， 但是你還是用實驗證據證明最好， 沒有這個可能很難辦。

結果我們又花了四年， 2012年在《中國物理快報》做出了魚與熊掌的東西， 單層原子厚的鐵硒，長在這個材料上。我們材料品質非常高，而且有一個非常大的超導能隙，期盼以久讓我有不眠之夜的現象，看到了我想要的現象。後來跟我的學生北京大學王健，上海交大賈金鋒，清華大學王亞愚，復旦大學封東來，斯坦福大學Moller，中科院物理所周興江、丁洪、趙繼民，斯坦福大學沈志勳，東北大學高橋隆等等實驗都表明，這是在1986年77K以上的銅酸鹽氧化物後第一個高溫超導物質，雖然還需要進一步證實。一個美國科學家寫的，說我們確實開創了一個新的前沿，New frontier for superconductivity。

我的感想

這次大獎，我非常榮幸能作為第一個獲獎人，這對我以後的發展像注入了原子彈一樣、核反應爐一樣的動力。雖然我已經50多歲了，我現在的心年輕了20多歲，我會繼續努力。這兩個成果的獲得，有以下幾點體會：第一，有高超的、甚至爐火純青的實驗技能；第二，學術前沿把握能力，尤其你率領團隊進行攻關；第三，刻苦的工作作風；另外，因為牽扯到不同的測量，你需要有優良的團隊精神；最後，要想做更重要的追求科學皇冠上明珠的科學家，你要有敢於創新的魄力和勇氣。雖然我當時的挑戰權威的理論想法最後沒有完全被證實，但是在這時候，能敢於從現在理解的知識範圍內產生一些完全創新的思想，這一點上還是要有點勇氣。否則，你可能被大腕們打下去，精神就起不來了。當然，這要建立在前面四項的基礎上，沒有這個功底和水準，光有勇氣，不是膽大妄為就是無知無畏。

今天，我試圖用半個小時跟大家展示一下量子世界多麼的奇妙，對我們未來的技術，對於我們國家的經濟發展，甚至國家的強大，量子力學、量子物理都會起到非常重要的作用。在量子世界，一定還存在著許多許多未知的奇妙現象，這些奇妙甚至詭異的現象可能遠遠超出了我們的想像力。但是，只要我們敢於想像、樂於好奇、善於挖掘，也許若干年後它們就會華麗轉身，出現在燈火闌珊處，甚至會造福於我們，使我們的技術產生變革，使我們國家科技變的更加的強大，甚至使我們人類的生活變得更加美好，就像這次大獎設置的理想一樣。所以，我們生命不息，想像不止，追求無涯！

最後，感謝我長期的夥伴賈金鋒、馬旭村、何珂、王立莉等，我的博士後，還有我的非常優秀的學生，實驗合作者王亞愚、呂力等老師，理論合作者張首晟等。感謝國家給我們提供非常好的條件。最後再次衷心感謝未來論壇給我提供的機遇，感謝未來科學大獎科學委員會對我工作的評價，最後最衷心地感謝捐贈設立這個大獎的有識之士，他們給我們科學家注入了極大的正能量，我深深的感謝你們，謝謝大家！

完結

本文整理自薛其坤院士在未來論壇科技創新峰會上的演講，經本人授權後發佈，有刪減。

單層原子厚的鐵硒，長在這個材料上。我們材料品質非常高，而且有一個非常大的超導能隙，期盼以久讓我有不眠之夜的現象，看到了我想要的現象。後來跟我的學生北京大學王健，上海交大賈金鋒，清華大學王亞愚，復旦大學封東來，斯坦福大學Moller，中科院物理所周興江、丁洪、趙繼民，斯坦福大學沈志勳，東北大學高橋隆等等實驗都表明，這是在1986年77K以上的銅酸鹽氧化物後第一個高溫超導物質，雖然還需要進一步證實。一個美國科學家寫的，說我們確實開創了一個新的前沿，New frontier for superconductivity。

我的感想

這次大獎，我非常榮幸能作為第一個獲獎人，這對我以後的發展像注入了原子彈一樣、核反應爐一樣的動力。雖然我已經50多歲了，我現在的心年輕了20多歲，我會繼續努力。這兩個成果的獲得，有以下幾點體會：第一，有高超的、甚至爐火純青的實驗技能；第二，學術前沿把握能力，尤其你率領團隊進行攻關；第三，刻苦的工作作風；另外，因為牽扯到不同的測量，你需要有優良的團隊精神；最後，要想做更重要的追求科學皇冠上明珠的科學家，你要有敢於創新的魄力和勇氣。雖然我當時的挑戰權威的理論想法最後沒有完全被證實，但是在這時候，能敢於從現在理解的知識範圍內產生一些完全創新的思想，這一點上還是要有點勇氣。否則，你可能被大腕們打下去，精神就起不來了。當然，這要建立在前面四項的基礎上，沒有這個功底和水準，光有勇氣，不是膽大妄為就是無知無畏。

今天，我試圖用半個小時跟大家展示一下量子世界多麼的奇妙，對我們未來的技術，對於我們國家的經濟發展，甚至國家的強大，量子力學、量子物理都會起到非常重要的作用。在量子世界，一定還存在著許多許多未知的奇妙現象，這些奇妙甚至詭異的現象可能遠遠超出了我們的想像力。但是，只要我們敢於想像、樂於好奇、善於挖掘，也許若干年後它們就會華麗轉身，出現在燈火闌珊處，甚至會造福於我們，使我們的技術產生變革，使我們國家科技變的更加的強大，甚至使我們人類的生活變得更加美好，就像這次大獎設置的理想一樣。所以，我們生命不息，想像不止，追求無涯！

最後，感謝我長期的夥伴賈金鋒、馬旭村、何珂、王立莉等，我的博士後，還有我的非常優秀的學生，實驗合作者王亞愚、呂力等老師，理論合作者張首晟等。感謝國家給我們提供非常好的條件。最後再次衷心感謝未來論壇給我提供的機遇，感謝未來科學大獎科學委員會對我工作的評價，最後最衷心地感謝捐贈設立這個大獎的有識之士，他們給我們科學家注入了極大的正能量，我深深的感謝你們，謝謝大家！

完結

本文整理自薛其坤院士在未來論壇科技創新峰會上的演講，經本人授權後發佈，有刪減。