超导“小时代”：超导的前世、今生和未来

超导是凝聚态物质里电子体系的一种宏观量子凝聚现象，涉及凝聚态物理中的基本概念和最前沿问题。超导材料具有零电阻和完全抗磁性等一系列神奇的特性，在能源、科研、医疗、通讯等各个领域均有重要用途。在本书中，作者将用诙谐幽默且时髦新颖的语言，和我们一起回忆，那些年科学家一起追寻的超导体，还有超导历史上的那些人和那些事儿。

罗会仟，中国科学院物理研究所副研究员，科普作家。2004年本科毕业于北京师范大学物理系，2009年博士毕业于中科院物理所，目前主要从事高温超导的中子散射实验研究，已发表SCI论文90余篇，总引用次数1900余次，H因子为24。荣获首届中国科学院青年博客大赛银奖、首届全国青年科学博客大赛“最佳科学博客大奖”及团队一等奖。在《物理》、《现代物理知识》、《科普博览》、《百科知识》、《紫光阁》、赛先生、科学网等媒体发表多篇科普文章，并长期开展各种科普讲座。科普代表作品有：《“无理”的物理》、《水煮物理》、《十万个为什么》（第六版 物理卷）、《物理学的足迹》等。

我第一次为超导着迷，是在2003年。

那一年，我在北京师范大学物理系读大三。在那个春夏之交的季节，“非典”肆虐京城，所有高校都采取了停课封校措施。不上课的我们，除了在宿舍刷《寻秦记》，在体育场闲聊瞎逛外，还有大把时间坐在图书馆静静地看书。偶然发现的三本科普书： 《超越自由： 神奇的超导体》(章立源 著)、《超导物理学发展简史》(刘兵、章立源 著)、《边缘奇迹： 相变和临界现象》(于渌、郝柏林、陈晓松 著)，带我走进了神奇的超导世界。

我第二次与超导结缘，是在2004年。

那一年，我大四毕业，面临未来的抉择。是选择实现儿时的理想、父辈的期望，成为一名人民教师？还是选择发掘自己的兴趣，走上科学的道路，成为一名研究生？我毫不犹豫选择了后者。在经历惊险的免试推荐环节后，我幸运地来到了中国科学院物理研究所，幸运地遇到了一位极其渊博、敬业的导师，幸运地开启了我在超导国家重点实验室的五年硕博连读生涯。博士研究生的生活，可以用清苦和枯燥来概括。我的工作，就是日复一日地“烧炉子”，用光学浮区法生长铜氧化物高温超导单晶并测量其电磁物性。生长了数十根单晶，测量了数百个样品，得到了一堆可能并不是很有趣的数据。眼看毕业临近，论文却还遥遥无期，深感郁闷和苦楚。然而在2008年，我又一次幸运地赶上了铁基超导研究的热潮，于是，论文和毕业，都不再是问题。

我第三次和超导相恋，是在2009年。

那一年，我博士毕业，又一次面临人生抉择。物理所的同学们大部分都选择了出国留学做博士后，而我则曾一度怀疑自己的科研能力和英文水平，认为很难在科研的漫漫长路上走得很远，在是否“逃离”科研圈的问题上犹豫不决。在一个普通的烧炉工作日，导师关切问我工作的事情，我说想留在北京，可是很难找到合适的工作。他紧接着问了一句： “为什么不考虑留在物理所工作？新来了一位特别厉害的研究员，我可以推荐你到他组里啊！”我惶恐地点了点头。于是，幸运又一次降临，毕业、留所、工作，一气呵成。从助理研究员、副研究员到博士生导师，开启了一个典型“土鳖”的艰苦升级打怪之路。打怪打的不是别的，正是我博士期间遇到的铁基超导体，只不过鸟枪换炮，工具换成了“高大上”的中子散射，出国做各种实验和日常英文交流是必备技能。如今我已经带着自己的博士研究生，在高温超导的实验研究领域，自信地发表前沿研究论文。超导，成了我科研生命里再也分不开的那个“她”。

从1911年发现超导现象开始，超导研究已经一百多年了，然而她依旧长盛不衰，吸引着全世界无数科学家的注意力。不只是因为那些绝对零电阻、完全抗磁性、宏观量子凝聚等神奇物理现象及其巨大的应用潜力，还因为其中蕴含的深刻物理内涵可能带来一场凝聚态物理的新革命，更因为超导研究道路总是充满意外和惊喜。

回顾我那短短的科研之路，我感到非常幸运地遇到了超导的好时代。

回顾整个超导研究的历史，我们会发现幸运和不幸，其实都不是偶然。

回顾和超导相关的物理发展之路，或许会发现，那个他或她，总会找到属于自己的“小时代”。

在“启蒙时代”里，人们敬畏自然、理解自然，从普通的电磁现象，深入到了物质的内部结构和机制。

在“金石时代”里，超导现象被发现，炼丹炒菜外加十八般武艺，初步认识了这个神奇的物理现象。

在“青木时代”里，超导材料大爆发，各种各样的新超导材料，没有做不到，只有想不到。

在“黑铜时代”里，高温超导横空出世，物理学皇冠上的明珠，是那么耀眼，纷繁复杂的物理现象，是那么激动人心。

在“白铁时代”里，铁基超导意外发现，超导家族空前繁荣，非常规超导机理似乎触手可及。

在“云梦时代”里，室温超导或许很有可能，新超导材料如雨后春笋，超导机理研究不断带来重要启示，我们甚至畅想未来超导世界，如梦想般的美好。

这一个接一个的“小时代”，中国科学家的身影也越来越多，他们在超导研究领域取得了令世人瞩目的成就，甚至有的已经引领凝聚态物理最前沿。

我相信，就在这个“小时代”，如果有你，会更精彩！

罗会仟2021年写于北京中关村保福寺

第1章启蒙时代

1慈母孕物理： 物理研究的起源

2人间的普罗米修斯： 电学研究的历史

3鸡蛋同源： 电磁学的背景知识

4电荷收费站： 电阻的基本概念

5神奇八卦阵： 材料结构与电阻的关系

6秩序的力量： 材料磁性结构与物性

第2章金石时代

7冻冻更健康： 低温物理的发展

8畅行无阻： 超导零电阻效应的发现

9金钟罩、铁布衫： 超导完全抗磁性的发现

10四两拨千斤： 超导磁悬浮的基本原理

11群殴的艺术： 超导量子干涉的原理和应用

12形不似神似： 超导唯象理论

13双结生翅成超导： 超导微观理论

14炼金术士的喜与悲： 超导材料的早期探索

第3章青木时代

15阳关道、醉中仙： 氧化物超导体

16胖子的灵活与惆怅： 重费米子超导体

17朽木亦可雕： 有机超导体

18瘦子的飘逸与纠结： 轻元素超导体

19二师兄的紧箍咒： 二硼化镁超导体

第4章黑铜时代

20“绝境”中的逆袭： 铜氧化物超导材料的发现

21火箭式的速度： 突破液氮温区的高温超导体

22天生我材难为用： 铜氧化物超导体的应用

23异彩纷呈不离宗： 铜氧化物高温超导体的物性(上)

24雾里看花花非花： 铜氧化物高温超导体的物性(下)

25印象大师的杰作： 高温超导机理研究的问题

26山重水复疑无路： 高温超导机理研究的困难

27盲人摸瞎象： 超导研究的基本技术手段

第5章白铁时代

28费米海里钓鱼： 铁基超导材料的发现

29高温超导新通路： 铁基超导材料的突破

30雨后春笋处处翠： 铁基超导材料的典型结构

31硒天取经： 铁硒基超导材料

32铁匠多面手： 铁基超导材料的基本性质

33铜铁邻家亲： 铁基和铜基超导材料的异同

34铁器新时代： 铁基超导材料的应用

第6章云梦时代

35室温超导之梦： 探索室温超导体的途径与实现

36压力山大更超导： 压力对超导的调控

37超导之从鱼到渔： 未来超导材料探索思路

38走向超导新时代： 超导机理和应用研究的展望

后记