中國科學家發現新型超導材料特性

　　新華網杭州1月29日電記者從浙江大學獲悉，英國《自然》雜志北京時間29日發表了浙江大學物理系教授袁輝球及其合作者的最新研究成果：在具有二維層狀晶體結構的鐵基超導體中發現超導態的“各向同性”，這是首次在二維層狀的超導材料中報道三維的超導特性。

　　《自然》雜志評審專家認為，這是超導研究領域一項非常獨特而重要的發現，將對研究鐵基高溫超導形成機理具有重要意義。

　　研制能量傳輸無損耗的室溫超導體，引發一場新的能源革命——這個夢想已支持科學家探索了將近一個世紀。1911年，荷蘭物理學家海克·卡曼林·昂尼斯發現把汞冷卻到4.2開爾文時(約零下269攝氏度)電阻突然消失，這是人類首次發現超導現象。此后一個世紀中，新的超導材料相繼被發現，一波接一波沖擊更高的超導臨界轉變溫度，每次發現都推動科學家投身相關的研究熱潮。人們熟知的磁懸浮列車和核磁共振成像技術就是超導技術的實際應用。

　　2008年初，日本科學家宣布發現了一種基于鐵砷層面的新型超導材料LaFeAsO1-xFx，其超導轉變溫度高達26開爾文。中國科學家隨后通過元素替換，迅速將超導轉變溫度提高到50開爾文以上，突破了“麥克米蘭”極限(麥克米蘭曾經斷定，傳統超導臨界溫度最高只能達到39開爾文)。浙江大學物理系的相關研究人員在這方面也作出了許多工作。這些新型超導材料的發現正把科學家帶入新一輪以鐵基超導為焦點的研究熱潮。

　　長期致力于超導和極端條件物性研究的浙江大學長江特聘教授袁輝球在鐵基超導材料發現后不久就開始關注這類新型超導材料的奇特物性。作為美國拉斯阿拉莫斯國家強磁場實驗室的用戶，他成功申請到了該實驗室脈沖磁鐵的使用時間，于2008年4月開始深入研究鐵基超導材料在脈沖強磁場下的物理行為。同時，袁輝球同國內多個樣品制備小組開展了緊密合作，與本研究相關的超導材料由科學院物理所王楠林小組提供。

　　經過數月研究，袁輝球等人發現鐵基超導材料鋇鐵砷在低溫的上臨界磁場具有“各向同性”的特征，也就是說該材料的超導上臨界磁場不依賴于外加磁場的方向，與先前二維層狀超導體中所觀察到的現象完全不同。

　　之前基于銅氧化合物高溫超導體的二維層狀晶體結構，學界普遍認為維度的降低是形成高溫超導的必備條件。袁輝球等人的研究則表明，低維的晶體結構可能更有利于高溫超導的形成，但它并不是形成高溫超導的唯一因素。袁輝球說，鐵基超導材料雖然也具有二維層狀的晶體結構，但其電子結構可能更接近于三維，鐵基高溫超導的形成應該與其獨特的電子結構有關。

　　此外，鐵基超導材料還表現出許多與重費米子材料相類似的性質，特別是在磁與超導的相互作用方面。袁輝球推測，鐵基超導材料可能是連接低溫的重費米子超導與高溫銅氧化合物超導的一個重要橋梁。他表示，現在還只是發現了一種新的現象，還需要科學家們進一步去弄清機理。

　　該工作由浙江大學、美國拉斯阿拉莫斯國家實驗室以及中國科學院物理所共同完成，浙江大學是第一作者單位。該研究得到了科技部、教育部、中國科學院以及國家自然科學基金的資助。