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铁基超导:高温家族再添新丁
典型的超导材料
  截止到2008年之前,人们发现的超导材料主要有四大家族:金属和合金超导体、铜氧化物超导体、重费米子超导体和有机超导体。
  前20余年里,高温超导体研究一直停留在铜基化合物领域,而铁基化合物由于其磁性因素,被无数国际顶尖物理学家断言为超导体研究的禁区。2008年3月,日本的一位科学家无意中发现了铁基高温超导材料。
  由于日本科学家最早发现的铁基超导样品转变温度只有26K,低于麦克米兰极限,当时物理学界还不能确定铁砷化合物中是否存在高温超导体。铁作为典型的磁性元素本应是不利于超导的,过去发现的含有铁元素的超导体转变温度也都非常的低。中科院物理所的科学家根据自己多年的研究经验敏锐地察觉到, 26K的转变温度对铁元素而言已经很高了,其中的超导机制很可能是非常规的,铁砷化合物中很可能实现高温超导(这一系列超导体后来被称作铁基超导体)。在新形势面前,中国科学院物理所做出了科学的判断:抓住机遇,全力以赴!
  自上世纪80年代以来,物理所一直在对高温超导体进行大量的系统性研究,取得了一系列具有世界先进水平的研究成果,获得了相当可观的积淀,这使得大家在面对铁基超导体时显得游刃有余。研究团队团结一心,集体作战,很快捷报传来,物理所和中国科学技术大学在短时间内的大量原创性工作取得了突破性进展。
  首先,他们突破了麦克米兰极限温度,从而证明了铁基超导体是高温超导体。研究人员在掺F(氟)的SmOFeAs(钐氧铁砷)中成功观测到了43K超导转变温度。很快,他们又用Ce(铈)替代Sm达到了41K的转变温度,同样超过麦克米兰极限。不久之后,他们在掺F的PrOFeAs(镨氧铁砷)中观察到了52K的超导转变温度,首次把铁基超导体的转变温度提高到50K以上。
  其次,在这一不断刷新铁基超导体转变温度的过程中,中国科学家制备出了掺Sr(锶)的LaOFeAs(镧氧铁砷),首次成功发现了空穴型载流子为主的铁基超导材料,推翻了过去国际学术界对于“LaOFeAs系统中实现超导的关键是电子型载流子”的错误认识。
  第三,理论研究人员提出了在一些铁基超导体中存在超导和自旋密度波态相互竞争的理论,确认了铁基超导体的非常规性,这方面工作为认识铁基超导体磁性与超导电性关系奠定了基础。
  对此,美国《科学》杂志刊发了“新超导体将中国物理学家推到最前沿”的专题评述,这样评价道:“中国如洪流般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”。同时铁基超导体研究被评为美国《科学》杂志“2008年度十大科学突破”、美国物理学会“2008年度物理学重大事件”及欧洲物理学会 “2008年度最佳科学发现”,入选“2008年度世界十大科技进展新闻”、“2008年度中国基础研究十大新闻”。铁基超导研究主要成员还荣获了香港求是科技基金会“2009年度求是杰出科技成就集体奖”。
我国科学家“如洪流般涌现的研究结果”


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