2019年10月01日 星期二
高温超导

    今天铁基超导研究领域被引用数排名靠前的论文,半数来自中国,在凝聚态物理领域,中国已经成为一个强国。

    为超导研究打强心剂

 

    铁基超导体是铁元素扮演主角的、有超导性的混合材料。铁基超导体是铜基超导体之后第二个备受关注的高温超导体系。对它的研究是超导物理的最热领域,中国在这一领域的开辟中发挥了关键作用,今天铁基超导研究领域被引用数排名靠前的论文,半数来自中国。

    超导现象,指的是降低到一定温度的导体,电阻会下降到零的现象。如果发现在室温下具备超导特性的材料,人类利用电流的各项技术就会有所飞跃。这是一顶诱人的科学皇冠。在传统的理论框架里,金属超导体的临界温度,有一个40K的理论上限,称作麦克米兰极限,而室温通常在300K,相差如此之大,似乎无法弥合;而后来化合物超导性的发现,使高温超导体成为可能。

    1987年2月,中、美团队几乎同时发表各自成果:在钇钡铜氧化物体系中发现了90K以上的临界温度,首次突破液氮温区,超导学家因此可以使用廉价的液氮来冷却超导材料。尽管铜基化合物一系列不理想的特性,限制了它在电气领域的应用,但铜基超导体的存在挑战了传统理论。中国小组这次抢先发表重大发现,也让国际超导学界看到了东方古国的竞争力。

    2008年中国人又有重大发现。中科院和中科大的研究者敏感地捕捉到了一则讯息——有科研人员在含铁化合物中发现了超导性;中国科学家很快使用稀土替代法制备出一系列铁基化合物。2008年3月28日,中国高温超导研究奠基人之一赵忠贤带领的小组报告称,氟掺杂镨氧铁砷化合物的高温超导临界温度可达52K,很快他们又发现了55K的铁基超导材料——又一个超越麦克米兰极限的高温超导家族被发现了。突破只在一瞬间,却震动了国际学界。

    之后的几年,中国科学家发现了大量的铁基材料支系,并估计其家族成员有3000多种,是迄今最庞大的一类超导材料。铁基高温超导体的发现,为多年徘徊不前的超导研究注入了一针强心剂。相比铜基超导体,铁基超导体有更加丰富的物理性质和更有潜力的应用价值,可能会让人们探明高温超导的机制。如同《科学》杂志报道所说:“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。”

    如今,在超导应用领域,中国同样处于世界前列。如位于合肥的“人造小太阳”——超导托克马克装置EAST,2018年再次创造可控核聚变实验纪录,实现电子温度1亿摄氏度等离子体运行。此外,中国还拥有世界先进的超导磁悬浮列车技术。

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