本刊編輯部

鐵基超導(dǎo) 中國主導(dǎo)

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在經(jīng)歷連續(xù)3年的空缺之后，2014年1月10日，來自中國科學(xué)院物理所和中國科技大學(xué)的研究團(tuán)隊，以“40K以上鐵基高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)及若干基本物理性質(zhì)研究”問鼎國家自然科學(xué)一等獎。

我國超導(dǎo)科技取得的輝煌成就和影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了學(xué)術(shù)、科研和工業(yè)制造領(lǐng)域。而鐵基超導(dǎo)作為2008年才開始起步的研究項目，以新銳姿態(tài)成為超導(dǎo)領(lǐng)域最受重視的板塊，吸引了世界上諸多優(yōu)秀科學(xué)家的目光。為什么鐵基超導(dǎo)如此特別？針對它的研究對我們有什么影響呢？

世界上有許多單質(zhì)金屬及其合金在特殊條件下都是超導(dǎo)體，即電阻為零，而且還具有完全抗磁性的特性。一旦進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)，材料內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)度即為零，于是超導(dǎo)體就如同練就了“金鐘罩、鐵布衫”，外界磁場根本“進(jìn)”不去。正是由于這些特性，超導(dǎo)才具有極其深遠(yuǎn)的應(yīng)用前景：利用零電阻的超導(dǎo)材料代替有電阻的常規(guī)金屬材料，可節(jié)約輸電過程中造成的大量熱損耗；可組建超導(dǎo)發(fā)電機(jī)、變壓器、儲能環(huán)；可在較小空間內(nèi)實現(xiàn)強(qiáng)磁場，從而獲得高分辨率的核磁共振成像，或進(jìn)行極端條件下的物性研究，或發(fā)展安全高速的磁懸浮列車……

然而，要讓這些物質(zhì)進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)，必須滿足一個十分苛刻的條件——環(huán)境溫度接近絕對零度。所以，之前提到的那些應(yīng)用前景在現(xiàn)實生活中很難實現(xiàn)。

物理學(xué)家麥克米蘭根據(jù)傳統(tǒng)理論計算斷定，超導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變溫度一般不能超過40K（約零下233℃），這個溫度也被稱為“麥克米蘭極限溫度”。然而，德國、日本科學(xué)家卻相繼發(fā)現(xiàn)了打破這一定律的物質(zhì)。而兩組中國團(tuán)隊更是幾乎同時在實驗中分別觀測到了43K和41K的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度，突破了“麥克米蘭極限”，證明鐵基超導(dǎo)體是繼銅氧化物后的又一類非常規(guī)高溫超導(dǎo)體，在國際上引起極大轟動。隨后，一個來自中科院的研究組將該類鐵砷化合物的超導(dǎo)臨界溫度提升至55K（零下218.15攝氏度），利用高壓合成技術(shù)制備出一大批不同元素構(gòu)成的鐵基超導(dǎo)材料并制作了相圖，這標(biāo)志著鐵基高溫超導(dǎo)家族基本確立。而中國科學(xué)家此次所使用的材料制備技術(shù)等為國際科學(xué)界進(jìn)一步研究超導(dǎo)體提供了新工具。

“有人說，人類文明史可以用材料來劃分，石器時代、青銅時代、鐵器時代……那么，下一個可以用來劃分時代的材料就是超導(dǎo)體。如果室溫超導(dǎo)體真的能夠得到應(yīng)用，那它將給我們的生活帶來翻天覆地的變化，就像《阿凡達(dá)》呈現(xiàn)的一樣，居住在懸浮的超導(dǎo)屋里；出門駕乘無軌無輪的超導(dǎo)車；只要充一次電，手機(jī)、電腦就能用上好幾個月……”如果你真的享受到了這一切，請別忘了中國的鐵基超導(dǎo)科學(xué)家們。