中國鐵基超導(dǎo)紀(jì)實(shí)：中美日超導(dǎo)大戰(zhàn)領(lǐng)先者天天換

上世紀(jì)80年代末90年代初，中、美、日三國科學(xué)家的“超導(dǎo)大戰(zhàn)”至今仍讓人記憶猶新。在那場“大戰(zhàn)”中，中國科學(xué)院物理研究所超導(dǎo)研究團(tuán)隊(duì)不分晝夜地在實(shí)驗(yàn)室工作，困得實(shí)在受不了了，就在桌子上躺一躺或在椅子上靠一會(huì)兒打個(gè)盹兒，醒了繼續(xù)做實(shí)驗(yàn)。那時(shí)，他們研究的是銅氧化物高溫超導(dǎo)體。

正是在這一波研究熱潮中，物理所科研人員開創(chuàng)性地使用了便宜而好用的液氮替代昂貴的液氦來實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度，為超導(dǎo)研究和應(yīng)用開辟了一片嶄新的天地，大大方便和加速了全世界的高溫超導(dǎo)研究。

時(shí)隔20年后，日本科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在臨界轉(zhuǎn)變溫度為26K時(shí)，鐵砷化合物具有超導(dǎo)電性。以物理所和中國科技大學(xué)為代表的中國科學(xué)家們則發(fā)現(xiàn)一系列高于麥克米蘭極限溫度的鐵基超導(dǎo)體，使之成為第二個(gè)高溫超導(dǎo)家族。他們還創(chuàng)造了鐵基超導(dǎo)體臨界轉(zhuǎn)變溫度的世界紀(jì)錄。

當(dāng)被問及成功的秘訣時(shí)，他們的回答是：堅(jiān)持。

在銅氧化物高溫超導(dǎo)體突破了麥克米蘭極限溫度以后，全世界科學(xué)家對(duì)超導(dǎo)材料的探索一度陷入迷茫，國際上的相關(guān)研究進(jìn)入低谷。在各種學(xué)術(shù)期刊，特別是那些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。

國內(nèi)的高溫超導(dǎo)研究也因此受到了影響，有些研究人員在數(shù)次碰壁后紛紛轉(zhuǎn)到其他領(lǐng)域，很多團(tuán)隊(duì)都不得不解散。物理所和中國科技大學(xué)的超導(dǎo)研究團(tuán)隊(duì)卻一直抱著對(duì)超導(dǎo)科學(xué)的渴求，堅(jiān)守著這塊陣地，持之以恒地進(jìn)行著實(shí)驗(yàn)，無數(shù)次的制備、觀察、放棄、重新開始……

于無聲處聽驚雷。沉寂是在新事物出現(xiàn)之前免不了的一個(gè)階段。“熱的時(shí)候堅(jiān)持，冷的時(shí)候也堅(jiān)持；錢多的時(shí)候堅(jiān)持，錢少的時(shí)候也堅(jiān)持�！�

二三十年的不懈探索，這支隊(duì)伍在鐵基超導(dǎo)材料的探索中掀開了新篇章，創(chuàng)造了中國超導(dǎo)又一個(gè)新奇跡，使超導(dǎo)界的未來之路又變得光明起來。

正如《科學(xué)》雜志在一篇題為《新超導(dǎo)體將中國物理學(xué)家推到最前沿》的文章中所說：“中國如洪流般不斷涌現(xiàn)的研究結(jié)果標(biāo)志著在凝聚態(tài)物理領(lǐng)域，中國已經(jīng)成為一個(gè)強(qiáng)國�！�

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，很快包括中國科學(xué)家在內(nèi)的研究團(tuán)隊(duì)將銅氧化物超導(dǎo)體的臨界轉(zhuǎn)變溫度提升到液氮溫區(qū)以上，突破了麥克米蘭極限溫度，使其成為高溫超導(dǎo)體。時(shí)隔20年后，日本科學(xué)家發(fā)現(xiàn)鐵砷化合物的超導(dǎo)性，中國科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)一系列高于傳統(tǒng)超導(dǎo)體極限臨界溫度的鐵基超導(dǎo)體，使之成為第二個(gè)高溫超導(dǎo)體家族。

中國科學(xué)家新發(fā)現(xiàn)的鐵基高溫超導(dǎo)材料激發(fā)了物理和材料學(xué)界新一輪高溫超導(dǎo)研究熱，它將中國的凝聚態(tài)物理學(xué)家推向了最前沿，也讓全世界都看到了中國在凝聚態(tài)物理領(lǐng)域展現(xiàn)出的強(qiáng)大實(shí)力。

超導(dǎo)是20世紀(jì)最偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一超導(dǎo)電性的簡稱，指的是某些材料在溫度降低到某一數(shù)值以下時(shí)，電阻突然消失并且不能被磁場穿過的現(xiàn)象。這樣的材料稱為超導(dǎo)體，而這個(gè)溫度稱為超導(dǎo)臨界溫度，或超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度。

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(gè)溫度也被稱為麥克米蘭極限溫度。

1986年，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)體的轉(zhuǎn)變溫度高于40K，因而被稱為高溫超導(dǎo)體。

2008年以來，在日本科學(xué)家發(fā)現(xiàn)鐵砷化合物的超導(dǎo)性之后，以中國科學(xué)家為主發(fā)現(xiàn)了一系列新超導(dǎo)體，它們都是以鐵為關(guān)鍵超導(dǎo)元素，轉(zhuǎn)變溫度可以到達(dá)40K以上。這些超導(dǎo)體統(tǒng)稱為鐵基高溫超導(dǎo)體。

過去探索高溫超導(dǎo)的人都怕鐵，只要有鐵，這個(gè)系統(tǒng)的臨界溫度就高不了。鐵基化合物由于其磁性因素，曾一度幾乎被無數(shù)國際頂尖物理學(xué)家斷言為探索高溫超導(dǎo)體的禁區(qū)。

直到2008年2月18日，日本東京工業(yè)大學(xué)教授細(xì)野秀雄和他的合作者在《美國化學(xué)會(huì)志》上發(fā)表了一篇兩頁的文章，指出氟摻雜鑭氧鐵砷化合物在26K時(shí)即具有超導(dǎo)電性。

這個(gè)材料的結(jié)構(gòu)和正常態(tài)的物理特點(diǎn)與我們長期以來的研究思路完全一致，能出現(xiàn)26K的超導(dǎo)性。基于長期的相關(guān)研究，他們認(rèn)為在某些有特殊自旋和電荷有序性質(zhì)的層狀結(jié)構(gòu)體系中可能存在高溫超導(dǎo)體，并一直不懈探索。此前，物理所就有幾個(gè)小組研究有關(guān)材料的結(jié)構(gòu)、磁學(xué)性質(zhì)和超導(dǎo)性問題。

2008年3月初，物理所的一些研究人員認(rèn)為：鑭氧鐵砷化合物不是孤立的，26K的轉(zhuǎn)變溫度也大有提升空間，類似結(jié)構(gòu)的鐵砷化合物中很可能存在系列高溫超導(dǎo)體。

3月25日，正當(dāng)國際物理學(xué)界對(duì)鐵基超導(dǎo)體是不是高溫超導(dǎo)體舉棋不定時(shí)，中國科技大學(xué)陳仙輝研究組在SmO1-xFxFeAs體系常壓下發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為43K的超導(dǎo)電性；3月26日，王楠林、陳根富也獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了41K的CeFeAs(O，F(xiàn))新超導(dǎo)體。這些結(jié)果突破了傳統(tǒng)超導(dǎo)的麥克米蘭極限（40K），證明鐵基超導(dǎo)體是除銅氧化物之外的又一類非常規(guī)高溫超導(dǎo)體。這一發(fā)現(xiàn)在國際上引起了極大轟動(dòng)，標(biāo)志著經(jīng)過20多年的不懈探索，人類發(fā)現(xiàn)了新一類的高溫超導(dǎo)體。