三次登頂科學高峰，聞海虎教授在超導研究領域長盛不衰
核心提示：6月24日，在北京舉辦的國家科學技術獎勵大會上，江蘇“群星閃耀”，斬獲39項通用項目獎項，其中主持完成14項。在這14個獲獎團隊
6月24日，在北京舉辦的國家科學技術獎勵大會上，江蘇“群星閃耀”，斬獲39項通用項目獎項，其中主持完成14項。在這14個獲獎團隊中，來自南京大學的聞海虎教授團隊不止一次登上國家科學技術獎的領獎臺。
2004年，他所主持的高溫超導體磁通動力學研究獲得國家自然科學二等獎；2013年他因為對鐵基高溫超導材料的研究，獲得國家自然科學一等獎（第四完成人）。今年是他第三次獲得國家自然科學獎。三次獲獎內容不同，但都與“高溫超導”研究緊緊相連。
多次獲獎的榮譽光環背后，有著長達10年甚至20年在基礎研究領域的默默耕耘，也有著讓科研成果轉化為現實生產力的創新動力。
探索面向未來的低能耗材料
聞海虎教授長期從事超導材料和物理問題研究，從研究生開始就投入超導物理研究，30多年來一直在超導這一領域默默耕耘。
早在1911年，科學家就發現了這一神奇的物理現象：普通導體可以導電，但導線一般有電阻，一通電就會發熱，就會產生電能損耗；而一些導體在一定的低溫下其電阻降為零，通電以后并不發生熱損耗，因此可以在導線中通過強大的電流，產生極高的磁場。根據這些性質，可以開發出很多重要應用。簡單來說，這一現象背后在于其內部的電子行為進入了一個新的量子狀態，自由電子兩兩配對（庫珀對）以后，它們的行為與單個電子截然不同，能夠相干在一起發生宏觀凝聚現象，從而實現電流在超導體中的無阻流動。
超導研究已經有100多年歷史
超導現象自1911 年被發現以來，就以其獨特的魅力持續不斷地吸引著廣大科學家的關注，這不僅因為它能展示量子力學在凝聚態物質中的一些美妙而重要的規律，同時又具有很多潛在的應用。實現室溫超導和實現超導體的大規模應用是人們夢寐以求的事情，而且并不是不可能的。因此，超導學科在未來幾十年還會呈現出長盛不衰的景象，這是其學科發展內在規律所決定的。
超導研究之所以持續不斷地引起眾多科學家的關注，是因為它總是伴隨一些新材料的發現，出現了很多嶄新的研究內容，如此逐層逐級地把超導研究引向深層次。超導中的載流子是兩個電子形成的庫玻對，其統計和熱力學規律完全不同于金屬中的電子。超導體中的電子對能夠發生宏觀量子相干效應，因此出現零電阻和完全抗磁性。
因此，超導研究不僅具有重要基礎物理意義，也具有廣闊應用前景，它成為世界各發達國家競相角逐的領域。上世紀80年代末開始，高溫超導體被陸續發現，對高溫超導機理的研究，還處于探索階段，也是Science雜志評選出來的人類目前面臨的125個重大科學問題之一。
聞海虎團隊此次獲獎項目，正是針對高溫超導體中的鐵基超導和鎳基超導開展機理研究并取得重要進展，在10余年間圍繞該項研究已經發表了百余篇相關科學論文，此次報獎的有5篇代表性工作，其中多個創新亮點被學術界所關注。比如，團隊針對超導態下電子配對的機理，從多角度論證了鐵基電子配對的本質特性；在鎳基無限層超導薄膜中，團隊通過實驗發現其主要的配對形式是d波超導能隙。
超導體的零電阻特性使其成為一種理想的低能耗材料，將在能源領域、信息領域帶來深刻的變革。在聞海虎看來，超導研究領域正蓬勃發展，基礎研究和應用也正逢其時。“目前產業界已有一些應用，比如核聚變研究的磁體、醫院內核磁成像的磁體、高頻濾波器、量子計算等。現在高溫超導材料還不是太多，挑戰和機遇并存，我們將再接再厲，發現并合成更多好用的高溫超導體，爭取更大的科學突破。”聞海虎說。
室溫超導仍是人類的一個夢想
“一個創新工作很難預計其結果和投入時間，我們一般是產生某個思想，或從一種新樣品開始，然后組織實驗和研究，但思路是否正確，難度究竟有多大，這無法從工作開始的時候就可以預測，這就跟打一場戰役一樣，你無法完全把握戰役演變的情況。”聞海虎說，做科研也需要恒心和耐性，無論順利與否都需要認真去做，“我們的一些課題方向，即便是最快的，周期也要兩年左右，比較困難的，需要四五年后工作才能開花結果。”
超導體的零電阻特性使其成為一種理想的低能耗材料，將在能源領域、信息領域帶來深刻的變革。去年“室溫超導”引爆全球科技界，一段時間內成為科學熱點和社會普遍關心的問題，超導的應用備受全球矚目。室溫超導仍是人類的一個夢想，科學家的探尋腳步一直沒有停歇。
在聞海虎看來，超導研究領域正蓬勃發展，基礎研究和應用也正逢其時。“目前產業界已有一些應用，比如核聚變研究的磁體、醫院內核磁成像的磁體、高頻濾波器、超導低功耗計算和量子計算等等。目前大量的超導應用都還要處于需要液氦溫度才能實現，這需要非常龐雜的技術。”聞海虎說，中國科學家也開展了一些高溫超導應用的研究，在超導應用研究領域也處于先進水平，各方都在扎實推進，“目前高溫超導材料還不是太多，銅基超導的應用正慢慢鋪開，鐵基超導、鎳基超導正在研究當中，挑戰和機遇并存，作為超導科研工作者，我們將再接再厲，發現并合成更多好用的高溫超導體，爭取更大的科學突破。”
更多超導材料應用于生活
中國超導的領先，離不開國家大力支持，并實現在多個領域的應用。
上世紀六七十年代，中國就開始超導研究。“863計劃”誕生不久，超導就作為專項列入。“十五”期間，國家對“863”超導專項給予大力支持，當時的科技部投入經費約1億元，加上社會各界的投入，課題總經費約4億元左右。該專項取得了豐碩成果，其中一部分完全達到世界先進水平。
近年來，國家層面有關超導的頂層設計、政策也是密集出臺。2021年12月，工信部聯合科技部、自然資源部發布的《“十四五”原材料工業發展規劃》提出，實施前沿材料前瞻布局行動，支持科研單位聯合企業，把握新材料技術與信息技術、納米技術、智能技術等融合發展趨勢，發展超導材料、智能仿生、增材制造材料等，推動新的主干材料體系化發展，強化應用領域的支持和引導。這被業界視為明確了超導材料在現代產業中的定位。
超導的重視，離不開其巨大的應用價值。例如在超導電纜領域，我國已實現落地應用。
超導材料可使電力傳輸介質接近于零電阻，電能傳輸損耗趨近于零。一條35千伏超導電纜相當于傳統220千伏電纜的輸送容量，可以替代4至6條相同電壓等級傳統電纜，較以往可節省70%的地下管廊空間。在我國，據悉每年電力傳輸上的損失就高達上千億度，若換成超導材料，節省的電能相當于新建數十個大型發電廠。
2004年，中國第一組超導電纜系統正式并網。我國成為繼美國、丹麥之后，全球第三個將超導電纜投入電網運行的國家。2013年，國內首套30米、35千伏低溫絕緣高溫超導電纜掛網運行，標志著中國在實用低溫絕緣高溫超導電纜技術中獲得突破。2021年12月，全球首條超公里級高溫超導電纜商業化示范段在上海正式投運，標志著中國超導輸電應用邁入全球領先行列……
南京大學教授、長江學者特聘教授、美國物理學會會士聞海虎最近在接受媒體采訪時介紹，目前超導材料實際上已經應用在很多產業了，比如核聚變研究的磁體、醫院內核磁成像的磁體、高頻濾波器、量子計算等方面，都有應用。
2016年9月，在美、日、歐等國家的鐵基超導線制備還處于米級水平之際，中科院電工研究所研究員馬衍偉團隊成功研制國際首根100米量級鐵基超導長線。這是鐵基超導材料從實驗室研究走向產業化的新的里程碑。
在中國，超導為大眾所熟知的要數磁懸浮列車。2002年12月31日，由中國鐵建承建的世界首條磁浮運營線——上海磁浮列車示范運營線通車運營。2016年5月6日，中國首條自主設計、自主施工、自主制造的具備完全自主知識產權的中低速磁浮商業運營示范線——長沙磁浮快線開通。目前，國內還有北京地鐵S1線、廣東清遠磁浮旅游專線、鳳凰磁浮觀光快線等多條已投運或在建的磁懸浮線。
2021年1月，世界首臺高溫超導高速磁浮工程化樣車在成都下線，設計時速620千米。
文章來源： 上觀新聞，錢江晚報，新華日報，科技導報
原文鏈接：https://www.xianjichina.com/special/detail_551169.html
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2004年，他所主持的高溫超導體磁通動力學研究獲得國家自然科學二等獎；2013年他因為對鐵基高溫超導材料的研究，獲得國家自然科學一等獎（第四完成人）。今年是他第三次獲得國家自然科學獎。三次獲獎內容不同，但都與“高溫超導”研究緊緊相連。
多次獲獎的榮譽光環背后，有著長達10年甚至20年在基礎研究領域的默默耕耘，也有著讓科研成果轉化為現實生產力的創新動力。
探索面向未來的低能耗材料
聞海虎教授長期從事超導材料和物理問題研究，從研究生開始就投入超導物理研究，30多年來一直在超導這一領域默默耕耘。
早在1911年，科學家就發現了這一神奇的物理現象：普通導體可以導電，但導線一般有電阻，一通電就會發熱，就會產生電能損耗；而一些導體在一定的低溫下其電阻降為零，通電以后并不發生熱損耗，因此可以在導線中通過強大的電流，產生極高的磁場。根據這些性質，可以開發出很多重要應用。簡單來說，這一現象背后在于其內部的電子行為進入了一個新的量子狀態，自由電子兩兩配對（庫珀對）以后，它們的行為與單個電子截然不同，能夠相干在一起發生宏觀凝聚現象，從而實現電流在超導體中的無阻流動。
超導研究已經有100多年歷史
超導現象自1911 年被發現以來，就以其獨特的魅力持續不斷地吸引著廣大科學家的關注，這不僅因為它能展示量子力學在凝聚態物質中的一些美妙而重要的規律，同時又具有很多潛在的應用。實現室溫超導和實現超導體的大規模應用是人們夢寐以求的事情，而且并不是不可能的。因此，超導學科在未來幾十年還會呈現出長盛不衰的景象，這是其學科發展內在規律所決定的。
超導研究之所以持續不斷地引起眾多科學家的關注，是因為它總是伴隨一些新材料的發現，出現了很多嶄新的研究內容，如此逐層逐級地把超導研究引向深層次。超導中的載流子是兩個電子形成的庫玻對，其統計和熱力學規律完全不同于金屬中的電子。超導體中的電子對能夠發生宏觀量子相干效應，因此出現零電阻和完全抗磁性。
因此，超導研究不僅具有重要基礎物理意義，也具有廣闊應用前景，它成為世界各發達國家競相角逐的領域。上世紀80年代末開始，高溫超導體被陸續發現，對高溫超導機理的研究，還處于探索階段，也是Science雜志評選出來的人類目前面臨的125個重大科學問題之一。
聞海虎團隊此次獲獎項目，正是針對高溫超導體中的鐵基超導和鎳基超導開展機理研究并取得重要進展，在10余年間圍繞該項研究已經發表了百余篇相關科學論文，此次報獎的有5篇代表性工作，其中多個創新亮點被學術界所關注。比如，團隊針對超導態下電子配對的機理，從多角度論證了鐵基電子配對的本質特性；在鎳基無限層超導薄膜中，團隊通過實驗發現其主要的配對形式是d波超導能隙。
超導體的零電阻特性使其成為一種理想的低能耗材料，將在能源領域、信息領域帶來深刻的變革。在聞海虎看來，超導研究領域正蓬勃發展，基礎研究和應用也正逢其時。“目前產業界已有一些應用，比如核聚變研究的磁體、醫院內核磁成像的磁體、高頻濾波器、量子計算等。現在高溫超導材料還不是太多，挑戰和機遇并存，我們將再接再厲，發現并合成更多好用的高溫超導體，爭取更大的科學突破。”聞海虎說。
室溫超導仍是人類的一個夢想
“一個創新工作很難預計其結果和投入時間，我們一般是產生某個思想，或從一種新樣品開始，然后組織實驗和研究，但思路是否正確，難度究竟有多大，這無法從工作開始的時候就可以預測，這就跟打一場戰役一樣，你無法完全把握戰役演變的情況。”聞海虎說，做科研也需要恒心和耐性，無論順利與否都需要認真去做，“我們的一些課題方向，即便是最快的，周期也要兩年左右，比較困難的，需要四五年后工作才能開花結果。”
超導體的零電阻特性使其成為一種理想的低能耗材料，將在能源領域、信息領域帶來深刻的變革。去年“室溫超導”引爆全球科技界，一段時間內成為科學熱點和社會普遍關心的問題，超導的應用備受全球矚目。室溫超導仍是人類的一個夢想，科學家的探尋腳步一直沒有停歇。
在聞海虎看來，超導研究領域正蓬勃發展，基礎研究和應用也正逢其時。“目前產業界已有一些應用，比如核聚變研究的磁體、醫院內核磁成像的磁體、高頻濾波器、超導低功耗計算和量子計算等等。目前大量的超導應用都還要處于需要液氦溫度才能實現，這需要非常龐雜的技術。”聞海虎說，中國科學家也開展了一些高溫超導應用的研究，在超導應用研究領域也處于先進水平，各方都在扎實推進，“目前高溫超導材料還不是太多，銅基超導的應用正慢慢鋪開，鐵基超導、鎳基超導正在研究當中，挑戰和機遇并存，作為超導科研工作者，我們將再接再厲，發現并合成更多好用的高溫超導體，爭取更大的科學突破。”
更多超導材料應用于生活
中國超導的領先，離不開國家大力支持，并實現在多個領域的應用。
上世紀六七十年代，中國就開始超導研究。“863計劃”誕生不久，超導就作為專項列入。“十五”期間，國家對“863”超導專項給予大力支持，當時的科技部投入經費約1億元，加上社會各界的投入，課題總經費約4億元左右。該專項取得了豐碩成果，其中一部分完全達到世界先進水平。
近年來，國家層面有關超導的頂層設計、政策也是密集出臺。2021年12月，工信部聯合科技部、自然資源部發布的《“十四五”原材料工業發展規劃》提出，實施前沿材料前瞻布局行動，支持科研單位聯合企業，把握新材料技術與信息技術、納米技術、智能技術等融合發展趨勢，發展超導材料、智能仿生、增材制造材料等，推動新的主干材料體系化發展，強化應用領域的支持和引導。這被業界視為明確了超導材料在現代產業中的定位。
超導的重視，離不開其巨大的應用價值。例如在超導電纜領域，我國已實現落地應用。
超導材料可使電力傳輸介質接近于零電阻，電能傳輸損耗趨近于零。一條35千伏超導電纜相當于傳統220千伏電纜的輸送容量，可以替代4至6條相同電壓等級傳統電纜，較以往可節省70%的地下管廊空間。在我國，據悉每年電力傳輸上的損失就高達上千億度，若換成超導材料，節省的電能相當于新建數十個大型發電廠。
2004年，中國第一組超導電纜系統正式并網。我國成為繼美國、丹麥之后，全球第三個將超導電纜投入電網運行的國家。2013年，國內首套30米、35千伏低溫絕緣高溫超導電纜掛網運行，標志著中國在實用低溫絕緣高溫超導電纜技術中獲得突破。2021年12月，全球首條超公里級高溫超導電纜商業化示范段在上海正式投運，標志著中國超導輸電應用邁入全球領先行列……
南京大學教授、長江學者特聘教授、美國物理學會會士聞海虎最近在接受媒體采訪時介紹，目前超導材料實際上已經應用在很多產業了，比如核聚變研究的磁體、醫院內核磁成像的磁體、高頻濾波器、量子計算等方面，都有應用。
2016年9月，在美、日、歐等國家的鐵基超導線制備還處于米級水平之際，中科院電工研究所研究員馬衍偉團隊成功研制國際首根100米量級鐵基超導長線。這是鐵基超導材料從實驗室研究走向產業化的新的里程碑。
在中國，超導為大眾所熟知的要數磁懸浮列車。2002年12月31日，由中國鐵建承建的世界首條磁浮運營線——上海磁浮列車示范運營線通車運營。2016年5月6日，中國首條自主設計、自主施工、自主制造的具備完全自主知識產權的中低速磁浮商業運營示范線——長沙磁浮快線開通。目前，國內還有北京地鐵S1線、廣東清遠磁浮旅游專線、鳳凰磁浮觀光快線等多條已投運或在建的磁懸浮線。
2021年1月，世界首臺高溫超導高速磁浮工程化樣車在成都下線，設計時速620千米。
文章來源： 上觀新聞，錢江晚報，新華日報，科技導報
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來源：賢集網
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