高溫鐵基超導的中國熱度

科幻電影《阿凡達》中的懸浮山。其懸浮的秘密在於山中蘊藏著神奇室溫超導礦石

中國磁懸浮列車想象圖

作為國家科技創新能力重要標志之一，國家自然科學獎一等獎旨在獎勵我國在數學、物理學、化學、天文學等基礎研究，信息、材料和工程技術等領域的應用基礎研究等方面，闡明自然現象特征和規律，作出突破性進展的科研人員，其評選結果備受矚目。在經歷連續3年空缺之后，該獎終於在日前再次頒出。而獲此殊榮的就是中國科學院物理所和中國科技大學的“40K以上鐵基高溫超導體的發現及若干基本物理性質研究”，這也是中國超導體研究領域繼1989年憑借“液氮溫區氧化物超導體的發現”摘得此獎后第二次問鼎該獎項。

終結連續3年空缺、14年內兩度獲國家自然科學獎一等獎，中國超導科技取得的輝煌成就和影響遠遠超出了學術、科研和工業制造領域，其放射出的令人炫目的光彩吸引了社會公眾普遍關注的目光。

競逐超導百年史

“40K以上鐵基高溫超導體的發現及若干基本物理性質研究。”以准確嚴謹的科學語言描述的這一獲獎成就，在外行聽來免不了一頭霧水，不知所雲。然而，作為超導科技的重大突破，該成就無疑會大大推進人類對超導現象和本質的認識，並將可能催生一大批新的技術創新，進而深刻改變我們的工作和生活方式。正如獲獎者之一、中科大教授陳仙輝所評價的那樣：“有人說，人類文明史可以用材料來劃分，石器時代、青銅時代、鐵器時代……那麼，下一個可以用來劃分時代的材料就是超導體。超導研究百年不衰的原因之一，就是為發現室溫超導體，它將給人們生活帶來天翻地覆的變化。到那個時候，我們可能生活在《阿凡達》電影中，居住在懸浮的超導屋裡，出門坐上無軌無輪的超導車，甚至手機、手提電腦充一次電就能用上好幾個月。”

超導是20世紀最偉大的科學發現之一，指的是某些材料在溫度降低到某一臨界溫度，或超導轉變溫度以下時，電阻突然消失並且不能被磁場穿過的現象。具備這種特性的材料稱為超導體。在超導研究的歷史上，已經有包括發現者荷蘭人卡麥林·昂尼斯在內的10位科學家5次諾貝爾獎，其科學重要性不言而喻。

物理學家麥克米蘭根據傳統理論計算斷定，超導體的轉變溫度一般不能超過40K（約零下233攝氏度），這個溫度也被稱為“麥克米蘭極限溫度”。1986年，德國科學家與瑞士科學家發現以銅為關鍵超導元素的銅氧化物超導體，轉變溫度高於40K，因而被稱作高溫超導體。很快包括中國科學家在內的研究團隊將銅氧化物超導體的臨界轉變溫度提升到液氮溫區以上，突破了麥克米蘭極限溫度，使其成為高溫超導體。遺憾的是銅氧化物高溫超導體家族有兩個主要缺陷：一是作為金屬陶瓷材料加工工藝嚴苛，二是高昂的綜合成本影響廣泛應用。此外，銅氧化物超導並沒有揭示高溫超導電性機理豐富的物理內涵。要揭開高溫超導的原理，廣泛應用，尋找到臨界溫度更高的超導體勢在必行。2008年2月，日本一個研究組發現在鑭氧鐵砷化合物中存在轉變溫度為26K（零下247.15攝氏度）的超導電性，揭示了鐵砷化合物的超導性。