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傳統超導材料的臨界轉變溫度過低,在應用上受到很大限制。與傳統超導材料相比,高溫超導材料有著更為廣闊的應用前景。2008年中國科學家在高溫超導領域取得了一系列重大突破,中國科學院物理研究所的戴希研究員在《2008科技發展報告》上以“鐵基高溫超導材料研究進展”為題,撰文對這些科研成果作了系統回顧。
文章介紹到,2月繼日本東京工業大學Hideo Hosono教授發表文章指出F-摻雜的鑭氧鐵砷在26K時產生超導電性后,中國科學院物理所王楠林研究組在一周內即完全獨立地研制出了這種新型超導材料,并開始對其進行物性研究。幾乎與此同時,物理所聞海虎研究組在鑭氧鐵砷材料中用二價金屬Sr替換三價的La,發現其具有25K以上的超導電性。3月25日和26日,中國科學技術大學陳仙輝研究組和物理所王楠林研究組分別獨立發現超過40K的非傳統超導體。3月29日,趙忠賢研究組研制的氟摻雜的鐠氧鐵砷化合物的超導臨界溫度達到52K。4月初,該小組又發現無氟缺氧釤氧鐵砷化合物在壓力環境下的超導臨界溫度可進一步提升至55K。此后,研究人員又陸續發現了多種含有鐵砷層的類似超導材料,這類材料被統稱為鐵基超導體。
在尋求更高超導臨界溫度的同時,物理所的研究人員也在探究鑭氧鐵砷的超導機理。方忠研究組和王楠林研究組在總結理論計算和試驗觀測的基礎上,預測到一種自旋密度波的存在,并以此解釋未摻雜鑭氧鐵砷電阻曲線在145K處的一個反常。摻雜使得異常消失,而在低溫下超導態的形成則抑止了自旋密度波的出現。自旋密度波的存在后來被國外科學家通過實驗確認。此外,丁洪研究組首先利用角分辨光電子能譜成功觀測到了鐵基超導體所有四個費米面上的不同能隙,為最終確定鐵基超導體的配對對稱性邁出了堅實的第一步。
關于鐵基超導機理的研究目前方興未艾。這類新超導體的機理必然迥異于傳統超導材料,也可能和銅氧化物高溫超導材料不同。這方面研究將會是未來10年凝聚態物理研究的一個重點。(摘自中國科學院“科學發展報告”課題組撰寫的《2009科學發展報告》)
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