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中日科學(xué)家高溫超導(dǎo)研究獲重大進(jìn)展

最近更新時(shí)間：2013-6-5

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 中日科學(xué)家高溫超導(dǎo)研究獲重大進(jìn)展 
           繼銅基超導(dǎo)材料之后，日本和中國科學(xué)家zui近相繼報(bào)告發(fā)現(xiàn)了一類新的高溫超導(dǎo)材料——鐵基超導(dǎo)材料。美國《科學(xué)》雜志報(bào)道說，物理學(xué)界認(rèn)為這是高溫超導(dǎo)研究領(lǐng)域的一個“重大進(jìn)展”。
 
    高溫超導(dǎo)是指材料在某個相對較高的臨界溫度，電阻突降至零。1986年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了*種高溫超導(dǎo)材料——鑭鋇銅氧化物。自那以后，銅基超導(dǎo)材料成為*物理學(xué)家的研究熱點(diǎn)。
 
    然而直至今日，對于銅基超導(dǎo)材料的高溫超導(dǎo)機(jī)制，物理學(xué)界仍未形成一致看法，這也使得高溫超導(dǎo)成為當(dāng)今凝聚態(tài)物理學(xué)中zui大的謎團(tuán)之一。因此很多科學(xué)家都希望在銅基超導(dǎo)材料以外再找到新的高溫超導(dǎo)材料，從而能夠使高溫超導(dǎo)機(jī)制更加明朗。
 
    就在今年2月，日本科學(xué)家首先報(bào)告說，氟摻雜鑭氧鐵砷化合物在臨界溫度26開爾文（零下247.15攝氏度）時(shí)，即具有超導(dǎo)特性。3月25日，中國科技大學(xué)陳仙輝領(lǐng)導(dǎo)的科研小組又報(bào)告，氟摻雜釤氧鐵砷化合物在臨界溫度43開爾文（零下230.15攝氏度）時(shí)也變成超導(dǎo)體。
 
    3月28日，中國科學(xué)院物理研究所趙忠賢領(lǐng)導(dǎo)的科研小組報(bào)告，氟摻雜鐠氧鐵砷化合物的高溫超導(dǎo)臨界溫度可達(dá)52開爾文（零下221.15攝氏度）。4月13日該科研小組又有新發(fā)現(xiàn)：氟摻雜釤氧鐵砷化合物假如在壓力環(huán)境下產(chǎn)生作用，其超導(dǎo)臨界溫度可進(jìn)一步提升至55開爾文（零下218.15攝氏度）。此外，中科院物理所聞海虎領(lǐng)導(dǎo)的科研小組還報(bào)告，鍶摻雜鑭氧鐵砷化合物的超導(dǎo)臨界溫度為25開爾文（零下248.15攝氏度）。
 
    超導(dǎo)是物理世界中zui奇妙的現(xiàn)象之一。正常情況下，電子在金屬中運(yùn)動時(shí)，會因?yàn)榻饘倬Ц竦牟煌暾裕ㄈ缛毕莼螂s質(zhì)等）而發(fā)生彈跳損耗能量，即有電阻。而超導(dǎo)狀態(tài)下，電子能毫無羈絆地前行。這是因?yàn)楫?dāng)?shù)陀谀硞€特定溫度時(shí)，電子即成對，這時(shí)金屬要想阻礙電子運(yùn)動，就需要先拆散電子對，而低于某個溫度時(shí)，能量就會不足以拆散電子對，因此電子對就能流暢運(yùn)動。
 
    通常的低溫超導(dǎo)材料中，電子是通過晶格各結(jié)點(diǎn)上的正離子振動而結(jié)合在一起的。但大多數(shù)的物理學(xué)家都認(rèn)為，這一電子對結(jié)合機(jī)制并不能解釋臨界溫度zui高可達(dá)138開爾文（零下135.15攝氏度）的銅基材料超導(dǎo)現(xiàn)象。每一種銅基超導(dǎo)材料都是由層狀的“銅－氧”面組成，其中的電子是如何成對的，仍是未解難題。
 
    中日科學(xué)家新發(fā)現(xiàn)的這一系列鐵基超導(dǎo)材料都具有相同的晶體結(jié)構(gòu)，它們在有些方面與銅基超導(dǎo)材料驚人地相似。但是計(jì)算表明，這些鐵基超導(dǎo)材料的晶格振動提供的電子對結(jié)合力量，不足以使材料超導(dǎo)臨界溫度達(dá)到如此高的水平。
 
    因此，擺在物理學(xué)家面前的一個新問題是，新老兩類材料的高溫超導(dǎo)機(jī)制是否一樣？諾貝爾獎獲得者、美國普林斯頓大學(xué)理論物理學(xué)家菲利普·安德森說，假如不一樣，那就意味著新材料的發(fā)現(xiàn)比預(yù)想的要重要得多，也許能從中發(fā)現(xiàn)全新的超導(dǎo)機(jī)制。聞?；⒄J(rèn)為，新的鐵基超導(dǎo)材料有可能會為探究高溫超導(dǎo)機(jī)制提供一個更清晰的體系，在此基礎(chǔ)上，銅基超導(dǎo)材料的高溫超導(dǎo)機(jī)制“可能會一下子變清晰”。
 
    但是，也有科學(xué)家持有異議。美國斯坦福大學(xué)科學(xué)家史蒂夫·基沃爾森就認(rèn)為，兩類材料都是成面結(jié)構(gòu)，都是從導(dǎo)電性能很差的材料轉(zhuǎn)化而來，而且都表現(xiàn)出一種名為“反鐵磁性”的磁特性。他說：“兩者具有足夠的相似性，因此可以假設(shè)，它們是本質(zhì)相同的高溫超導(dǎo)材料。”
 
    不過，科學(xué)家們都認(rèn)同一點(diǎn)，那就是新的鐵基超導(dǎo)材料將激發(fā)物理學(xué)界新一輪的高溫超導(dǎo)研究熱。而下一步，科學(xué)家們將著眼于合成由單晶體構(gòu)成的高品質(zhì)鐵基高溫超導(dǎo)材料。

 

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