许祝安:给高温超导画一幅清晰的像

时间:2022-05-23 11:16:11

走进许祝安教授办公室,看到他正伏案工作。各类文件摆满了一桌:国家杰出青年科学基金的进展报告、邀请国外学者讲学的申请,更多的是博士生的论文稿。他正在审阅一篇篇论文。

“这些论文是最后一稿了,我得仔细把把关。”许祝安放下手中的笔,一边招呼记者坐到沙发上,一边走到旁边的饮水机上倒了一杯热茶。就在绿茶散发的清香中,年轻的许祝安教授像邻家大哥一样拉过身边的一张椅子坐在记者对面。

一头扎进“物理”这辈子出不来了

他喜欢物理,从初中开始就喜欢上了。许祝安说,当时社会上的一句俗语“学好数理化,走遍天下都不怕”影响了他们那个年代的青年。更重要的是一些鼎鼎大名的科学家如数学家陈景润、物理学家严济慈、核物理学家周光召等为他们树立了人生的榜样。

1983年9月,许祝安以浙江省高考第15名的成绩考入科大物理系,走上了实现自己成为一名科学家的理想之路。

尽管一度英语和计算机成为他这个农村孩子的拦路虎,但是,“好在科大学风非常好,学生也比较单纯,没有其他的想法,除了学习还是学习。当时的图书馆是通宵开放的,宿舍也不关灯。”许祝安觉得落后并不可怕,通过努力都可以赶上来。“当时有一个说法,不要命的上科大么。到第三年就适应了,全都跟上了,成绩也慢慢排到前面去了。”

1988年,许祝安以优异的成绩被免试推荐到浙江大学读研究生,在导师张其瑞教授门下从事凝聚态物理的学习和研究。期间,他在一个大型的国际会议上以学生的身份用娴熟的英语作了一场口头报告。这让他的学术生涯有了良好的开端。

“做学生的时候不知道物理有这么广阔的世界,只是什么感兴趣就去做了,想得很简单。”许祝安走到办公桌前,拿起一篇博士论文:“现在不一样了。你看,现在专业的划分很细,从一个方向转向另一个方向不是很容易的事情了。走上这条路,想放下已经不可能了。”

许祝安现在指导硕士研究生4名,博士研究生5名,其中一名博士生还是外籍留学生。他把对物理学的热爱,通过手把手的传授,延续到年轻人身上。他还给文科专业的本科生开设了《物理学与人类文明》的必修课,为他们普及物理知识。许祝安的观点是:“现在的大学生应该具备比较综合的素质。”

希望有朝一日实现室温超导的梦想

许祝安的主要研究方向是高温超导体的机理研究。早在1987年,也就是世界上发现高温超导的第二年,还在读本科四年级的许祝安就跟随导师张其瑞进入了科大超导组。

“当时国内的高温超导研究非常火热,大家都十分兴奋,在一种争分取秒的气氛中工作,期待着能有大的突破。”许祝安介绍说,当时正值假期,他和很多人一起仍在实验室工作,有时候,老师直接把饭菜准备在实验室里。

“高温超导体在高压下可以达到160K左右的温度了,而我们以前发现的超导体只有几十K。”许祝安走到办公室里的写字板前,写下“160K”和“-110”几个字。“也就是摄氏零下110度,这是很高的一个温度了!但在物理上还没有解决。材料已经找到了,机理还没有达成共识。”

1992到1995,许祝安在浙大硕博连读并留校任教期间,继续从事高温超导体的输运性质的研究,他参与了“高温超导体的元素替代效应研究”课题组。该项目在国内外较早发现和确认了超导临界温度Tc和载流子浓度之间的抛物线关系,成果促进了对高温超导电性与其正常态性质之间关系的认识,受到国内外同行的关注。项目获1993年度国家教委科技进步三等奖。

1997年8月,许祝安作为访问学者来到美国普林斯顿大学物理系从事“高温超导体类磁通激发研究”。在两年半的研究中,许祝安和导师,合作者奥恩格(N.P.Ong)教授取得了突破性的进展。

“开始的两年时间一直在摸索中。科学研究没有重复,我必须找到一个新的方法来做这个研究。必须通过反复实验来找一个新方法。只要有一丝念头,就赶快到实验室去实验。不行,再换一个想法去做。”

在他们经历了无数次实验挫折之后,终于见到了曙光。1999年,在许祝安准备回国的前半年,终于找到了新的实验方法。

“通过Nernst效应等热电效应的测量,我发现高温超导体La2-xSrxCuO4在赝能隙态的Nernst信号反常地增大,可能由Tc以上的某种类磁通涡旋激发所引起的。”许祝安介绍说,“实验结果较有力地证明了在赝能隙态存在着类磁通涡旋激发,显示在该区域存在较强的超导涨落,支持了预配对的超导理论模型。”

许祝安的发现对澄清在铜氧化物超导体中存在的赝能隙态本质的争论很有帮助,对建立高温超导电性的理论模型意义重大。从1999年10月直到新千年的钟声敲响,许祝安几乎每天都在实验室奋力拼搏,每天工作十几小时,争分夺秒来完成他的研究工作和论文的撰写。在临回国前一个礼拜,许祝安和奥恩格教授把论文投给了《自然》杂志,他们相信自己的研究成果是本领域一个突破性的科学进展。

三月的杭州,春寒料峭,西湖白堤上的树木正适时地绽发新绿。许祝安在他浙大的实验室里不断收到来自大洋彼岸奥恩格教授的好消息。

论文是2000年3月4日寄出的,不到两周,就被告知已经通过了《自然》的第一次筛选,编辑认为“有科学意义”。同年5月,《自然》审稿人同意发表,并提出个别问题的修改意见。8月3日,论文正式发表。

“这个速度是很快了,5个月内就出版了。说明这个发现确实很重要。到现在,论文已经被引用140多次。”许祝安谈到平生第一次在《自然》上,仍深有感触。

许祝安做了一个形象的比喻“刚开始时,高温超导的研究像瞎子摸象,直到现在还是有人能摸到一个新东西出来,是以前没有看到的。高温超导真的非常神秘”。“我做的实验也只是看到了人家还没有看到的超导体的一个新现象。”

2000年3月进修期满回国后,许祝安作为主持或主要骨干,陆续承担了国家杰出青年科学基金“高温超导体及相关化合物输运性质研究”;国家自然科学基金“低维氧化物的输运特性”;科技部973子项目“高温超导体赝能隙区的输运性质”和教育部留学回国人员科研启动基金“铜氧化物单晶和薄膜的生长和输运性质”等科研项目。

“高温超导的整个图像已经有了,欠缺的是一些细节。就是轮廓已经有了,但鼻子有多长、多宽、多粗还要慢慢地去描。现在大家都还在继续这个研究,一起把这个图象描绘得更清晰、更细致。”谈着谈着,许祝安的眼光已穿越了眼前的一切,投向窗外,投向远处层层叠叠的山林……他慢慢地接着说,“现在有人预言,终有一天,人们会发现有室温超导体,希望我们能实现这个梦想。”

世界在变小而实验室在变大

浙江大学为许祝安的科学研究创造了良

好的条件。回国后不久,他就被晋升为教授,半年后晋升为博士生导师,2005年被聘为“长江学者奖励计划”特聘教授。

“要做一些重要的研究,就要有稳定的资金支持和长期的科研积累。”许祝安介绍说,近年,他陆续获得了霍英东青年教师的奖励,国家杰出青年科学基金的支持。作为长江特聘教授,他拥有一个宽松的学术环境,可以潜心科学研究。

许祝安指着实验室的一台激光镀膜实验设备,自豪地说,这是当时浙大购置的第一台激光镀膜仪。“我们实验室的条件和国外的差不多了。经过这几年的建设,很多以前必须在国外做的实验现在这里也可以做了。”

一位博士生告诉记者.这里很多设备,还是许老师带领他们亲手做的。

“由于每个实验都有不同的要求,所以有些小的实验工具是需要度身定制的。我们要自己绘出图纸,然后请人加工,而有些时候还需自己亲自动手改造才能满足实验的要求。”许祝安解释说,“物理系毕业的学生不仅要有扎实的理论功底,还必须要有很强的动手能力。”

从本科到硕博连读,张其瑞导师一直给予许祝安悉心的指导。在美国期间,奥恩格教授既是导师,又是合作者。从自己的恩师身上,许祝安体会到了一个优秀的导师对学生培养的重要性,他把自己的研究心得无保留地传授给自己的学生,引领他们走进科学的圣殿。

“现在学校的学术气氛比较好,有条件和机会进行国内外的交流。”许祝安说,“前不久我把我的博士生送到日本去做了两周的实验。现在学校有这方面的专门合作交流基金,另外在国家杰出青年科学基金里面也有10%费用,可以用来参加国际会议、国内外交流等。”

去年2月,他所带的一位女博士生获得了去日本国立材料研究所短期交流的机会;5月底,他带着4名博士生参加了亚太强关联电子体系国际会议。

许祝安说,他指导的博士生每年都有至少一次机会参加大型的学术会议,利用这个机会介绍自己的成果,扩大自己的知识面,了解国际上的研究前沿。硕士生在两年学制里也至少会有一次机会出去交流。在科学技术突飞猛进的年代,只有让你的实验室变得很大,大到没有围墙,世界才会变小,你才能看得见你想看的风景。

现在.他仍在尽自己的能力为学生们搭建国际学术交流平台,利用各种机会邀请多位国外著名研究机构的专家来实验室访问交流。去年6月下旬,在他的安排下,普林斯顿大学研究生院院长拉塞尔(Russel)教授来到浙江大学,作了两场学术报告。

一位博士生到办公室来找许祝安,讨论论文的事。这时的许祝安,表情变得非常严肃,他不断地提醒这位博士生,不要有空话、套话,论文中的每一句话都要得经得起推敲,引用他人的观点必须标明出处,论文一定要按照特定的格式去写……

许祝安就像是一个“室温超导体”,因循着科学的轨迹,他把智慧和梦想输送给新一代物理人。

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