高温铁基超导的中国热度

科幻电影《阿凡达》中的悬浮山。其悬浮的秘密在于山中蕴藏着神奇室温超导矿石

中国磁悬浮列车想象图

作为国家科技创新能力重要标志之一，国家自然科学奖一等奖旨在奖励我国在数学、物理学、化学、天文学等基础研究，信息、材料和工程技术等领域的应用基础研究等方面，阐明自然现象特征和规律，作出突破性进展的科研人员，其评选结果备受瞩目。在经历连续3年空缺之后，该奖终于在日前再次颁出。而获此殊荣的就是中国科学院物理所和中国科技大学的“40K以上铁基高温超导体的发现及若干基本物理性质研究”，这也是中国超导体研究领域继1989年凭借“液氮温区氧化物超导体的发现”摘得此奖后第二次问鼎该奖项。

终结连续3年空缺、14年内两度获国家自然科学奖一等奖，中国超导科技取得的辉煌成就和影响远远超出了学术、科研和工业制造领域，其放射出的令人炫目的光彩吸引了社会公众普遍关注的目光。

竞逐超导百年史

“40K以上铁基高温超导体的发现及若干基本物理性质研究。”以准确严谨的科学语言描述的这一获奖成就，在外行听来免不了一头雾水，不知所云。然而，作为超导科技的重大突破，该成就无疑会大大推进人类对超导现象和本质的认识，并将可能催生一大批新的技术创新，进而深刻改变我们的工作和生活方式。正如获奖者之一、中科大教授陈仙辉所评价的那样：“有人说，人类文明史可以用材料来划分，石器时代、青铜时代、铁器时代……那么，下一个可以用来划分时代的材料就是超导体。超导研究百年不衰的原因之一，就是为发现室温超导体，它将给人们生活带来天翻地覆的变化。到那个时候，我们可能生活在《阿凡达》电影中，居住在悬浮的超导屋里，出门坐上无轨无轮的超导车，甚至手机、手提电脑充一次电就能用上好几个月。”

超导是20世纪最伟大的科学发现之一，指的是某些材料在温度降低到某一临界温度，或超导转变温度以下时，电阻突然消失并且不能被磁场穿过的现象。具备这种特性的材料称为超导体。在超导研究的历史上，已经有包括发现者荷兰人卡麦林·昂尼斯在内的10位科学家5次诺贝尔奖，其科学重要性不言而喻。

物理学家麦克米兰根据传统理论计算断定，超导体的转变温度一般不能超过40K（约零下233摄氏度），这个温度也被称为“麦克米兰极限温度”。1986年，德国科学家与瑞士科学家发现以铜为关键超导元素的铜氧化物超导体，转变温度高于40K，因而被称作高温超导体。很快包括中国科学家在内的研究团队将铜氧化物超导体的临界转变温度提升到液氮温区以上，突破了麦克米兰极限温度，使其成为高温超导体。遗憾的是铜氧化物高温超导体家族有两个主要缺陷：一是作为金属陶瓷材料加工工艺严苛，二是高昂的综合成本影响广泛应用。此外，铜氧化物超导并没有揭示高温超导电性机理丰富的物理内涵。要揭开高温超导的原理，广泛应用，寻找到临界温度更高的超导体势在必行。2008年2月，日本一个研究组发现在镧氧铁砷化合物中存在转变温度为26K（零下247.15摄氏度）的超导电性，揭示了铁砷化合物的超导性。