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对1986-1987年间高温超导体发现的历史再考察

2013-03-14

利用高压手段来研究超导也是朱经武的长项。12日,朱经武向权威的刊物《物理评论快报》寄出了关于在高压下的钡镧铜氧中发现起始临界转变温度为40K的论文。[23]在MRS会议上,朱经武还找到了他原来的学生,在阿拉巴马大学工作的吴茂昆,邀请他一起工作。12月14日,吴茂昆小组通过替换成分,在锶镧铜氧中发现了39K的超导转变。到12月的第三周,朱经武领导的休斯顿小组在高压下又将钡镧铜氧的起始临界转变温度提高到了52.5K,并再次观察到了70K超导的迹象。[24]关于这一新的结果的论文,于12月30日寄到了《科学》杂志。[25]与此同时,贝尔实验室的卡瓦(R. J. Cava)等人也进展迅速地在锶镧铜氧中发现了36K的超导转变,并在29日将论文寄到了《物理评论快报》。[26]虽然朱经武等人的第一篇论文到达《物理评论快报》的时间要早了两个星期,但由于被要求修改等的拖延,直到1月份才与卡瓦等人的论文相继发表在同一期杂志上,但这也给了他们以机会,能够在1月6日添加的附注中,提到了对70K超导迹象的观察和吴茂昆小组对锶镧铜氧超导性的发现。12月30日,在休斯顿的新闻发布会上,朱经武总结了前段的工作,也简要提到了对70K迹象的观察。[27]12月31日,在美国的报刊中,《纽约时报》首次报道了休斯顿大学和贝尔实验室在高温超导研究方面的最新进展,包括70K的可能。 [28]

中国方面的工作这段时间相对慢了一些,但也很快地跟了上来。到12月20日左右,赵忠贤等人也已在锶镧铜氧中实现了起始温度为48.6K的超导转变,并在钡镧铜氧中看到了70K的超导迹象,遗憾的是70K的超导迹象也是在热循环之后便消失而无法重复了。正是因为有了这个70K的迹象,所以他们并没有象常规那样地接着马上就写文章和做结构分析,而是全力地试图重复70K的超导。[29]直到1987年1月17日,他们有关钡镧铜氧46.3K和锶镧铜氧48.6K起始超导转变的研究论文才送交到《科学通报》。[30]但在12月27日,《人民日报》就报道了发现70K超导体的消息。[31]

三、跃上液氮温区

在上面提到的工作中,除了贝德诺兹和缪勒的第一篇论文之外,其他工作的正式发表都是在1987年1月以后,但由于在会议上的宣布和新闻媒介的报道,发现高温超导体的消息早已传遍世界。众多科学家都已投身到研究中来,并向着更高的目标,即做出液氮温区超导体而奋斗。竞争已趋于白热化。

此时,朱经武小组的工作仍处于领先地位。他们通过前段的高压研究,认识到应替换其他的元素,以及试做单晶,但一时又没有成功。于是,朱经武认为:“我们看看旧的日期,好早就已经看到有70K的迹象,而且70K迹象产生时往往在多相的样品中……所以我们决定找一个方法做一个样品,使得它经过热处理之后里面有一个不同成分的分布。如果我们运气好就可以看到高温。所以就特别做了一个样品,还是一个镧钡铜氧的样品,然后我们就看到了高温。这一个我记得很清楚,是元月12日。”[32]只是在第二天再测量时,结果又完全消失了。但就是在12日,朱经武还是正式提交了一份关于许多氧化物,包括钇钡铜氧在内的超导专利申请,尽管此时,其中许多物质还并未成功地做成稳定的超导体。

作为朱经武的合作者,阿拉巴马大学的吴茂昆等人也在忙于新材料的研究。1月17日,吴茂昆手下的研究生阿斯伯恩(J. Ashburn)在一份家庭作业的背面草草地做了一项计算,在作了若干不同元素对晶格结构和临界温度的影响的假定后,他的计算预言钇钡铜氧将是最佳的超导体候选者。但当时他们手头没有现成的钇,于是吴茂昆便去其他部门借了一些来。1月28日钇钡铜氧样品按计算的比例被合成。[33]1月29日下午,测量开始,在新合成的钇钡铜氧样品中,居然发现了起始转变温度达90K左右的超导电性(不过人们后来认识到这种超导体的组分与原初的计算预言并不一致)。吴茂昆立即通过电话将这一消息告诉了在休斯顿的朱经武。到这天晚上时,阿斯伯恩又合成了更多的材料,其测量结果要更加理想。转天,1月30日,吴茂昆和阿斯伯恩便带着他们的样品飞抵休斯顿,以便用那里更精密的设备来重复检验这一结果。[34]在休斯顿,这一结果果然被证实,又经改变制备条件的进一步努力,2月5日,朱经武便将两篇有关的研究论文寄往《物理评论快报》,分别报道了在常压和高压下钇钡铜氧的高温超导电性。[35]这就是人们对液氮温区超导体的首次发现!