超导有什么用超导有哪些应用( 五 ) _小知识

不过，新超导体的发现确实需要机遇、运气和长期经验积累，日本的西野秀雄原先并不是研究超导的，他的研究组一直致力于寻找透明导电氧化物材料，早在2000 年左右就开始寻找 LaCuSO、LaMnPO 等类似结构的导电材料，并于2006 年意外发现 LaFePO 材料中存在3 K左右的超导电性，之后意识到 LaFeAsO 化合物中同样可能存在超导电性，通过掺杂氟，他们才获得了26 K 的新超导体。

关于铁基超导还有几个有趣的史实。德国科学家 W. Jeitschko 的研究组从1977 年到1995 年一直在研究与 LaFePO 具有类似结构的化合物，他们陆续合成了铁磷化物、钴磷化物和钌磷化物等。到了2000 年，具有同样晶体结构的稀土—铁砷化物也被成功制备，遗憾的是，他们没有进一步用氟替代掺杂，与新超导体的发现只能擦肩而过。更令人感慨的是，在后来发现具有 BaFe2As2 类似结构的铁基超导体（如 EuFe2As2、KFe2As2、RbFe2As2、CsFe2As2、BaNi2As2、SrNi2P2 等）早在上世纪70-90 年代就有相关报道，只是因为它们临界温度太低，一直不被人们所注意或者想当然地认为它们也属于常规超导体。

相比之下，西野秀雄等人准确地把握住了机会，一举发现了铁基超导体，并在他们发表的头两篇论文中均引用了德国科学家的成果。中国科学家们敏锐地注意到了这几篇重要的引文，并在第一时间利用稀土替代效应和高压迅速合成材料方法成功突破了麦克米兰极限，让铁基超导成为第二大高温超导家族，从而在极短的时间内吸引了全世界凝聚态物理学家的目光

令人值得赞赏的是，中国科学家在铁基超导研究洪流中，不仅仅局限于新超导材料的发现和临界温度的提升，这个研究群体从材料、实验、理论和应用等四大方面都取得了世界瞩目的前沿成果。

在已发现的十余种铁基超导体系中，中国科学家独立发现了4 种，在铁基超导发现后的短短三个月内就确立了块材临界温度的最高纪录55 K，通过高压条件在同一材料中发现了新的高温超导相；在优先获得高质量样品的基础上，率先对铁基超导材料的电磁热输运特征、内部电子结构、超导能隙分布、电荷动力学、磁通涡旋态、磁结构和自旋动力学等关键物理特性开展了深入研究，取得了一系列深受国际同行赞赏的重要成果；在理论上成功预言了铁基超导的多种物理特性并提出可能的高温超导微观模型；在应用方面，成功利用铁基材料获得了很高的临界电流密度和高质量的超导薄膜（见图8）。

不仅如此，中国科学家还和国际同行开展了广泛合作研究，从近些年超导相关的国际会议就可以看出，中国和华人科学家已经成为铁基超导研究的主力军。近几年来，国际上一些著名研究组由于种种原因渐渐淡出铁基超导研究领域，但中国科学家们一直在不懈努力推进铁基超导的相关研究，并取得了许多令人鼓舞的进展。2010-2012 年，一大类新的铁基超导体系 A1-yFe2-xSe2（A为碱金属等）被中国科学家发现，其奇异的物理特性对现有的铁基超导理论模型提出了挑战。

文章插图

图8 中国科学家在铁基高温超导机理研究中取得的代表性进展

2011—2013 年，中国科学家发现一类具有和铁基材料相同结构的Li（Zn,Mn）As、（Ba,K）（Zn,Mn）2As2 等稀磁半导体。2012—2014 年，中国科学家还发现，高温超导其实并不需要太复杂的结构，只需在特殊基片上生长薄薄一层 FeSe 原子层就可以实现60 K 以上的高温超导，这说明另一种模式—— 界面超导也可能实现高温超导电性，而且这种高温超导电性既可以类比于常规超导体界面超导效应，又可以类比于铜基超导的若干物理特性。

随着越来越多的铁基超导重要研究成果来自中国，中国科学家已经走在了引领国际超导研究潮流的先锋队伍当中，我们完全有理由相信，未来的高温超导研究中，一定会有更多的惊喜来自中国。正如美国《科学》杂志报道的一样，“中国如洪流般不断涌现的研究结果标志着在凝聚态物理领域，中国已经成为一个强国。” 2008 年铁基超导被多家媒体评为世界十大科学进展之一，中国铁基超导研究团队获得了2009 年度 “求是杰出科学成就集体奖” 和2013 年度国家自然科学一等奖，这些奖项的获得极大地鼓舞了铁基超导相关科研人员的信心。

从1911 年发现常规金属超导体，到1957年BCS超导微观理论建立，常规超导机理的解决之路走了漫长的46年。如今，距离1986 年高温超导体的发现已近30 年，随着2008 年铁基超导的发现，高温超导机理研究开始步入加速前进的状态，人们普遍相信距离建立高温超导微观理论的目标已不远。

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