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突破極限：中國高溫超導(dǎo)研究領(lǐng)跑世界 突破超導(dǎo)研究的禁區(qū) 超導(dǎo)，是指某些材料在溫度降低到某一臨界溫度，或超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度以下時，電阻突然消失的現(xiàn)象。在超導(dǎo)研究的歷史上，已經(jīng)有10人獲得了5次諾貝爾獎，其科學(xué)重要性不言而喻。 1911年，荷蘭科學(xué)家發(fā)現(xiàn)水銀在極低溫條件下的超導(dǎo)性，開辟了科學(xué)研究的新領(lǐng)域。1986年，德國科學(xué)家與瑞士科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了臨界轉(zhuǎn)變溫度為35K的銅氧化物超導(dǎo)體。 令科學(xué)家困擾的是，超導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變溫度不能超過40K（約零下233攝氏度），這個溫度也被稱為麥克米蘭極限溫度。 40K的極限溫度能否被突破？在兩名歐洲科學(xué)家發(fā)現(xiàn)以銅為關(guān)鍵超導(dǎo)元素的銅氧化物超導(dǎo)體后不久，包括中國科學(xué)家在內(nèi)的研究團(tuán)隊將銅氧化物超導(dǎo)體的臨界轉(zhuǎn)變溫度提高到液氮溫區(qū)以上，突破了麥克米蘭極限溫度，使其成為高溫超導(dǎo)體。 “銅氧化物高溫超導(dǎo)體家族有兩個主要缺陷，作為金屬陶瓷材料加工工藝嚴(yán)苛，綜合成本高，影響廣泛應(yīng)用。此外，銅基超導(dǎo)并沒有解決高溫超導(dǎo)電性機(jī)理豐富的物理內(nèi)涵�！眳菨嬖V科技日報記者，要揭開高溫超導(dǎo)的原理，廣泛應(yīng)用，尋找到臨界溫度更高的超導(dǎo)體勢在必行。 鐵基化合物由于其磁性因素，曾一度幾乎被國際物理學(xué)界斷言為探索高溫超導(dǎo)體的禁區(qū)。 2008年3月，中科大陳仙輝研究組和中科院物理所王楠林研究組同時在鐵基中觀測到了43K和41K的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度，突破了麥克米蘭極限，證明了鐵基超導(dǎo)體是高溫超導(dǎo)體。緊接著，中國科學(xué)家團(tuán)隊不僅率先使轉(zhuǎn)變溫度突破了50K，并發(fā)現(xiàn)了一系列50K以上的超導(dǎo)體，也創(chuàng)造了55K的鐵基超導(dǎo)體轉(zhuǎn)變溫度紀(jì)錄，被國際物理學(xué)界公認(rèn)為第二個高溫超導(dǎo)家族。 尋找更高轉(zhuǎn)變溫度的超導(dǎo)材料 突破了麥克米蘭極限之后，全世界科學(xué)家對超導(dǎo)材料的探索又一次陷入了迷茫，在高影響因子的期刊上發(fā)表高溫超導(dǎo)論文變得愈發(fā)困難。 中科大的超導(dǎo)團(tuán)隊卻一直堅守著這塊陣地，無數(shù)次地制備、觀察、放棄、重新開始……為了撥開超導(dǎo)研究的迷霧，他們提出了“新型二維層狀非常規(guī)超導(dǎo)材料”這個新的研究方向。 吳濤告訴記者，由于銅氧和鐵基超導(dǎo)體均為層狀結(jié)構(gòu)，承載超導(dǎo)電性的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)單元分別是CuO2面和FeAs/Se層，被稱作“超導(dǎo)基元”，目前確認(rèn)的非常規(guī)超導(dǎo)體大都表現(xiàn)出此種結(jié)構(gòu)特點。 “這些材料與通常的超導(dǎo)體在超導(dǎo)機(jī)理上有所不同，傳統(tǒng)超導(dǎo)體的機(jī)理主要是基于電—聲子相互作用的BCS理論，二維層狀非常規(guī)超導(dǎo)材料的超導(dǎo)機(jī)理一般被認(rèn)為不能用BCS理論解釋�！眳菨J(rèn)為，對銅氧化合物超導(dǎo)體及鐵基超導(dǎo)體的微觀機(jī)理的了解，會極大推動凝聚態(tài)物理學(xué)的新發(fā)展；同時，一旦發(fā)現(xiàn)更適于應(yīng)用或具有更高臨界溫度的超導(dǎo)體，便可能像集成電路那樣成為帶動世界經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的新增長點。 目前，比較公認(rèn)的超導(dǎo)研究核心重點有兩個：第一個是新型（高轉(zhuǎn)變溫度）非常規(guī)超導(dǎo)材料，第二個是高溫超導(dǎo)（以及非常規(guī)超導(dǎo)）的機(jī)理問題。 |
