25年高温超导梦
中国科学家此次能够占领铁基超导研究的制高点,绝非偶然。
2008年前,高温超导家族中只有铜氧化物一枝独秀。
1986年,两名欧洲科学家发现了以铜为关键超导元素的铜氧化物超导体,转变温度超过了“麦克米兰极限温度”,引起科学界轰动。
第二年,赵忠贤等人也独立发现了起始转变温度在100K以上的Y-Ba-Cu-O(钇钡钢氧)新型超导体。大大加速了全球高温超导的研究进程,并荣获1989年国家自然科学奖一等奖。同年,经当时的国家计委批准,物理所成立了国内第一个、也是迄今为止唯一一个超导国家重点实验室。
然而热潮之后,全球的高温超导研究遇到了瓶颈。
当时热门的铜氧化物高温超导体属于陶瓷性材料,制作工艺极其复杂,难以大规模应用。而且其中丰富物理内涵的高温超导机理也没有得到解决。20世纪90年代中后期,国际物理学界倾向认为铜氧化物超导体能给出的信息基本上挖掘殆尽。
与之相伴的是,在各种国际学术期刊发表高温超导的论文越来越难,特别是高影响因子的期刊。国内的高温超导研究也因此遭到了沉重打击,不少研究人员转向其他领域。
但赵忠贤等人坚信“作科学研究是为了探索物质世界的奥秘”,顶着“没有好文章”的压力,继续在某些具有特殊磁或电荷性质的层状结构体系中探索可能存在的高温超导体。
十年磨一剑。在中科院物理所和中国科学技术大学的科学家们锲而不舍的坚持之下,终于找到了第二类高温超导家族。
与第一类高温超导家族相比,铁基超导体三维性更强,自身的物理问题很丰富,有可能填补一些临界温度高的超导体不能满足的方面,在临界磁场和临界温度较高的器件方面发挥巨大的作用。
比方说,铁基超导薄膜带材在4.2K温度和30特拉斯磁场下,超导临界电流密度可以达到每平方厘米10万安培,未来可以应用于MRI和储能等方面的超高强磁场领域。
“对铁基超导体的研究或许能够成为打开高温超导迷宫之门的钥匙。”《科学美国人》评价道。
但赵忠贤也强调,所有超导体包括金属合金超导体在应用的角度来讲都是互补而不是替代的。因此,铁基超导家族的发现只是一个开始,此次获奖也将是对人们思想解放的一次鼓励。
中国超导团队
中国在铁基超导上的成就绝非只是最初四个研究组的功劳。来自各个科研院所的科学家在铁基超导上的研究成果为中国打造了强大的超导团队。
“中国在超导基础研究方面有一支竞争力非常强的人才队伍,其浩繁的任务量不是靠几个人或几个课题组就能完成的。”王楠林认为,从合成材料到物理实验、第一性原理计算,再到微观理论,都有中国科学家在参与,特别是重要的实验技术都有中国人的身影,这种整体的进步更能让人看到中国在铁基超导体方面的成绩。