中国铁基超导研究吸引全世界瞩目

铁基超导,中国主导在经历连续3年的空缺之后，2014年1月10日，来自中国科学院物理所和中国科技大学的研究团队，以“40K以上铁基高温超导体的发现及若干基本物理性质研究”问鼎国家自然科学一等奖。

我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。

而铁基超导作为2008年才开始起步的研究项目，以新锐姿态成为超导领域最受重视的板块，吸引了世界上诸多优秀科学家的目光。

为什么铁基超导如此特别？针对它的研究对我们有什么影响呢？世界上有许多单质金属及其合金在特殊条件下都是超导体，即电阻为零，而且还具有完全抗磁性的特性。

一旦进入超导态，材料内部磁感应强度即为零，于是超导体就如同练就了“金钟罩、铁布衫”，外界磁场根本“进”不去。

正是由于这些特性，超导才具有极其深远的应用前景：利用零电阻的超导材料代替有电阻的常规金属材料，可节约输电过程中造成的大量热损耗；可组建超导发电机、变压器、储能环；可在较小空间内实现强磁场，从而获得高分辨率的核磁共振成像，或进行极端条件下的物性研究，或发展安全高速的磁悬浮列车……然而，要让这些物质进入超导态，必须满足一个十分苛刻的条件——环境温度接近绝对零度。

所以，之前提到的那些应用前景在现实生活中很难实现。

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℃），这个温度也被称为“麦克米兰极限温度”。

然而，德国、日本科学家却相继发现了打破这一定律的物质。

而两组中国团队更是几乎同时在实验中分别观测到了43K和41K 的超导转变温度，突破了“麦克米兰极限”，证明铁基超导体是继铜氧化物后的又一类非常规高温超导体，在国际上引起极大轰动。

随后，一个来自中科院的研究组将该类铁砷化合物的超导临界温度提升至55K（零下218.15摄氏度），利用高压合成技术制备出一大批不同元素构成的铁基超导材料并制作了相图，这标志着铁基高温超导家族基本确立。

而中国科学家此次所使用的材料制备技术等为国际科学界进一步研究超导体提供了新工具。

铁基超导材料的研究及应用一、引言铁基超导材料是近年来新兴的超导材料之一，具有较高的超导转变温度和较强的超导电性能。

随着研究的深入，人们发现铁基超导材料在能源、医疗等领域具有广泛的应用前景。

本文将着重介绍铁基超导材料的研究和应用。

二、铁基超导材料的研究1.铁基超导材料的发现铁基超导材料是指以Fe为主要成分的超导材料。

2008年，日本物理学家芝田任三郎领导的研究小组在铁基化合物LaOFeAs中发现了超导现象。

其后，人们在多种铁基化合物中也发现了超导现象，如BaFe2As2、LiFeAs、NdFeAsO等。

2.铁基超导材料的结构铁基超导材料的结构复杂，一般由四种元素共同构成：Fe、As、Ba或La以及一些其他杂质。

铁基超导材料晶体结构呈层状结构，其中Fe和As元素组成的矩阵结构是超导的关键部分，而其他元素则是提高材料超导性能的重要因素。

3.铁基超导材料的超导机理铁基超导材料的超导机理与传统的BCS超导机理不同。

传统的BCS超导机理是由库珀对电子间的吸引力引起的，而铁基超导材料中的超导机理可能与磁电子相互作用有关。

4.铁基超导材料的超导性能铁基超导材料的超导温度较高，通常在20-50K之间。

同时，铁基超导材料的超导电性能较好，能够承受较高的电流密度和磁场强度。

三、铁基超导材料的应用1.能源领域铁基超导材料可以用于制造超导电缆、超导磁体等设备，这些设备在能源领域中有广泛的应用。

超导电缆的传输距离长、损耗小，可以提高电力传输效率；超导磁体可以用于核磁共振成像、磁共振治疗等领域。

2.医疗领域铁基超导材料可以用于MRI（磁共振成像）设备的制造。

MRI技术可以用于体内器官的成像和检测，对临床诊断有重要的作用。

3.交通运输领域铁基超导材料可以用于制造超导列车，这种列车可以悬浮在轨道上运行，摩擦力小、噪音小，能够大大提高列车的运行速度和运行效率。

四、结论综上所述，铁基超导材料具有广泛的应用前景，特别是在能源、医疗和交通运输领域。

铁基超导体的制备和性能研究一、引言超导材料是一种特殊的物质，其具有零电阻和完全反射的特性，在电力输送和磁共振成像等领域有着广泛的应用。

目前，超导材料主要可以分为两种类型，即氧化物超导体和铁基超导体。

铁基超导体是近年来出现的一种新型超导材料，具有较高的临界温度和较好的可控性，已经成为超导材料研究的热点之一。

本文主要就铁基超导体的制备和性能研究做一些介绍。

二、铁基超导体的制备铁基超导体的制备一般通过固相反应和溶胶凝胶法两种方法进行。

（一）固相反应法固相反应法是一种传统的制备方法，其主要步骤为将超导材料的各组分按一定的摩尔比混合均匀，在高温下进行固相反应。

固相反应法的优点在于操作简单，但其缺点在于需要高温长时间烧结，并且易产生二相混杂。

目前在固相反应法中常用的方式是熔融燃烧法，该方法在低温下可以快速的制备出高纯度的超导材料。

（二）溶胶凝胶法溶胶凝胶法是一种相对较新的制备方法，其主要步骤为将超导材料的前驱体在适当的溶剂中溶解，经过凝胶化、热处理等一系列步骤后得到超导材料。

溶胶凝胶法的优点在于具有较高的纯度和较好的成形性，但其制备周期较长，操作条件较为苛刻。

三、铁基超导体的性能研究铁基超导体的性能主要从以下三个方面进行研究：超导性能、结构性质和材料特性。

（一）超导性能超导性能是铁基超导体研究的核心，关键参数是材料的临界温度（Tc）和带隙（Δ）。

随着研究的深入，越来越多的材料其临界温度已经达到室温附近。

同时，在超导材料的研究中，超导的电流密度和承载能力也是研究的重点之一。

（二）结构性质铁基超导体的结构性质包括原子间距、晶格对称性、结构相变等，这些性质对于超导行为的影响非常大。

目前，铁基超导体的晶体结构主要为FeAs层和碱金属层交替排列的复合结构。

此外，铁基超导体的结构性质还可以通过X射线衍射等结构表征技术进行研究。

（三）材料特性铁基超导材料的特性包括电学、磁学、光学等方面。

其中，磁学的研究情况比较多，主要研究铁基超导材料的磁滞回线、磁致伸缩等性质。

中国成功掌握铁基超导技术打破世界纪录日本终究成了过
去式
中国成功掌握铁基超导技术，是指在2020年10月7日，中国科学家利用“极端磁冷法”成功制备出超导材料中的铁基超导体，它的超导温度（Tc）达到了18.3K，打破了世界纪录。

这一重大成果使中国继续领先世界，日本终究成了过去式。

此前，日本科学家在2011年制备出铁基超导体，Tc只有13.6K，但这一技术一直没有得到改进。

而中国科学家利用“极端磁冷法”，将温度提升到了18.3K，超过了日本记录，也为世界科学领域带来了新的发展机遇。

中国铁基超导世界领先或将翻天覆地改变世界铁基超导——凝聚态物理天空中闪耀的新星在2014年1月10日国家科学技术奖励大会上，多年空缺的国家自然科学一等奖被铁基超导研究团队获得。

随着新闻报道的铺开，“铁基高温超导”一词再次被人们所关注。

自2008年凝聚态物理学领域掀起铁基高温超导研究热潮以来，铁基超导的科学研究已经步入第六个年头，发表的有关铁基超导研究论文已经数万篇。

截止到2013年2月，全世界在铁基超导研究领域被引用数排名前20的论文中，9篇来自中国。

铁基超导至今仍然是凝聚态物理基础研究的前沿科学之一，吸引了世界上诸多优秀科学家的目光。

为什么铁基超导如此特别？它的发现对基础物理研究有着什么样的重要影响？中国人在铁基超导洪流中起到了什么样的角色？这还得从神秘又奇特的超导体说起。

1911年4月8日，荷兰莱顿实验室的昂尼斯等人利用他们刚刚液化的最后一种气体——液氦研究金属在低温下的电阻，当他们把金属汞降温到4.2 K（热力学温标中0 K对应着零下273.2摄氏度，4.2 K即相当于零下269摄氏度）时，发现其电阻值突然降到仪器测量范围的最小值之外，即可认为电阻降为零。

昂尼斯把这种物理现象叫做超导，寓意超级导电，他本人因此获得了1913年的诺贝尔物理学奖。

继第一个超导体金属汞被发现之后，人们又陆续发现了许多单质金属及其合金在低温下都是超导体。

1933年，德国物理学家迈斯纳指出，超导体区别于理想金属导体，除了零电阻外，它还具有另一种独立的神奇特性——完全抗磁性。

超导体一旦进入超导态，就如同练就了“金钟罩、铁布衫”一样，外界磁场根本进不去，材料内部磁感应强度为零。

同时具有零电阻和抗磁性是判断超导体的双重标准，单凭这两大高超本领，超导就具有一系列强电应用前景。

利用零电阻的超导材料替代有电阻的常规金属材料，可以节约输电过程中造成的大量热损耗；可以组建超导发电机、变压器、储能环；可以在较小空间内实现强磁场，从而获得高分辨的核磁共振成像、进行极端条件下的物性研究、发展安全高速的磁悬浮列车等等。

我国基础科学研究步入新原创时代当前创新驱动已成国策，面向科学前沿开展原始创新，力争在更多领域引领世界科研方向，已经成为我国科学家义不容辞的责任。

近年来，我国科学家在一个又一个基础科学前沿披荆斩棘、屡获佳绩：量子通信、铁基超导、中微子、量子反常霍尔效应、外尔费米子、干细胞、纳米……一个个原始创新成果，为中国科研步入新原创时代揭开大幕。

勇气：搏杀在世界科技前沿科学发现只有第一，没有第二。

每一个竞争激烈的世界科技前沿，都是硝烟弥漫的战场，科学家们要像士兵一样英勇搏杀，争夺唯一的桂冠。

中微子第三种振荡模式θ13的发现，就是这样一个狭路相逢勇者胜的故事。

中微子是一类神秘的基本粒子，它会变身术，一种中微子在飞行过程中变为另一种中微子，然后再变回来，这叫作中微子振荡。

三种中微子两两之间可发生三种振荡模式，各有其对应混合角，分别为θ12、θ23、θ13，前两种振荡角的测定者都获得了诺贝尔奖，第三种振荡混合角θ13却迟迟未能找到。

寻找θ13的科研竞赛在世界各地展开，日、美、法、韩、中均参与其中。

日本、法国、美国的实验室在2011年相继发表了关于θ13的数据，虽然其结果均因精度不够而置信度较低，却是这一领域竞争白热化的迹象。

而中国的大亚湾中微子实验室直到2011年年中才完成探测器建造与安装。

因此，在中国科学家只用55天取数、用十几天完成物理分析和论文写作，于2012年3月7日投稿并率先公布了精确的θ13实验结果后，国际物理学界深感震惊。

欧洲核子研究中心菲利斯塔·泡斯教授说：“我被深深震撼了，2010年10月我去大亚湾时探测器还没有建造呢。

”在这场世界级科研战中，勤奋勇敢的中国大亚湾实验团队率先赢得桂冠。

这一成果被美国《科学》杂志评入当年世界十大科技进展，今年年初又获得国家自然科学一等奖。

不只是中微子，近年来，勇夺第一的原创成果在多个前沿领域不断涌现，我国科学家们在世界科技前沿竞争中越战越强。

以干细胞研究为例。

CHUANGXINKEJI 2014.07丁洪现为中国科学院物理所研究员，虽然很年轻，却已是北京凝聚态物理国家实验室首席科学家，国家“千人计划”第一批入选者之一。

而在此之前，他在美国的一段“辞职”故事，曾一度轰动全美物理界。

在搜索引擎搜集丁洪的名字，可以找到题为China fishing in pool of global talent 的一篇英文报道，直译过来就是《中国向全球高端人才伸出橄榄枝》。

丁洪说，两年前他握住了这条橄榄枝。

作为“海归”青年人才的代表，他将回国后的生活概括为六个字：充实、高效、愉快。

长期在国外大学和实验室工作的经历，让丁洪对国内科研水平的提升和科研氛围的改善有很多自己的想法。

“目前国内的课题大多时间较短，而且经常考评，这很难让科研人员静下心来做研究。

科学研究特别是基础研究不能急功近利，要营造‘十年磨一剑’的宽松环境。

”丁洪说。

他建议要给科研人员更多自主权，并鼓励科研人员努力转化成果。

“国家应加大支持力度，在制度上鼓励和保障科研人员将自己的研发成果有效地转化成生产力。

”作为第一批全职回国的高端人才，丁洪常常被问“螃蟹好不好吃”。

“我说，你们都知道螃蟹是很好吃的。

希望我的选择能影响和带动更多的海外人才回国。

对中国未来科研的发展，我非常看好。

”丁洪信心满满。

“祖国将是我梦想开花结果的圣地”从博士、博士后、助理教授、副教授到正教授，丁洪可以说实现了很多留洋学子眼中标准的“美国梦”。

然而，丁洪心中真正的梦想却一直没能在美国实现。

建设一条世界上最好的光束线站，一直是丁洪的夙愿。

可是在美国的18年，他一直苦于没有机会主持实验，实现这样的光束线。

于是，离梦想渐行渐远的丁洪暗暗萌生去意。

2007年，一个电话让丁洪的“去意”多了几分坚定。

“电话是中科院物理所打来的，想请我加盟，态度十分诚恳。

”在物理所大力邀请下，丁洪回国考察。

“回国后，最大的感受是国家对人才的高度重视，对发展尖端科技的决心和远见。

铁基超导：让我们出乎意料——2008十大科学进展解读（二）--------------------------------------------------------------------------------本报记者陈瑜2008年以前，假如一位学生在参加研究生入学面试时，将铁基化合物列为高温超导材料，该学生只会不及格。

这种假设透露了一个信息：该学生对基础知识的掌握不过关。

铁基材料通常具有铁磁性，被认为最不具备成为高温超导材料的条件。

但历史开了一个大玩笑。

在美国《科学》杂志公布的2008年十大科学进展中，铁基高温超导材料名列其中。

在由科技日报社组织，部分院士、多家中央新闻单位以及该报读者参与评选的“2008年国内十大科技新闻”中，该发现同样入围。

———事件回放———铁基化合物惊现超导特性2008年2月23日，日本科学技术振兴机构和东京工业大学联合发布公报称，东京工业大学教授细野秀雄的研究小组合成了氟掺杂钐氧铁砷化合物。

该化合物是一种由绝缘的氧化镧层和导电的砷铁层交错层叠而成的结晶化合物。

纯粹的这种物质没有超导性能，但如果把化合物中的一部分氧离子转换成氟离子，它就开始表现出超导性，并且在26K（零下247摄氏度）时具有超导特性。

但是26K的临界温度并没有突破麦克米兰极限(一般认为，传统超导临界温度最高只能达到39K，被称为麦克米兰极限)。

临界温度可达到55K一个多月后，中国科学技术大学微尺度国家实验室的陈仙辉教授和中国科学院物理研究所的王楠林研究员领导的研究小组几乎同时发现新的铁基高温超导材料，其超导临界温度超过了40K。

紧接着，中国科学院物理研究所的赵忠贤院士领导的研究小组又将这一纪录提高到55K。

“该材料是除铜氧化合物高温超导体之外，第一个临界温度超过40K的非铜氧化合物超导体，突破了…麦克米兰极限‟。

”丁洪认为，这也使人们相信铁基高温超导材料不是传统超导体。

———新的突破———打破铜氧化合物垄断“该发现最大的意义在于实现了高温超导基础研究领域上新的突破，为新型高温超导研究指明了一个新的方向。

超导输电技术发展现状与趋势摘要：由于我国电力资源与负荷资源分布极度不匹配，电力的远距离输送不可避免，特别是未来可再生能源的规模开发与利用，将会进一步加剧这种不匹配的格局，大规模的电力远距离输送在我国尤其重要。

超导输电技术是实现大规模电力远距离输送的潜在解决方案之一，近年来在国际上得到了较快发展，我国也有了很好的研究开发基础。

该文对我国超导输电技术的需求进行了分析，介绍了国内外超导输电技术发展的现状，分析了超导输电技术发展趋势，并提出了有关发展对策与建议。

关键词：超导输电技术，发展现状前言：随着化石能源的日益枯竭以及日益增长的环境压力等因素的驱动，人们已经认识到必须大力发展可再生能源，并逐步实现可再生能源替代化石能源的新能源变革［。

近年来，欧洲、美国和中国等国家的可再生能源发展十分迅速，装机容量增长速度年均超过 20% 。

2009 年，欧盟国家新增的电力装机中，可再生能源发电装机已占到62%以上［4］，超过了传统能源发电的新增装机。

随着技术不断进步，可再生能源发电的单位成本呈逐年下降趋势。

根据欧洲、美国和日本等发达国家和地区的预计，到2020 年，光伏发电基本上可以实现平价上网。

2011 年，欧洲可再生能源委员会出版了一份名为《Ｒe-thinking 2050》的报告报告预测: 按照目前欧洲可再生能源的发展速度，到 2020 年，欧洲新增的电力装机将全部来自可再生能源; 报告也大体勾画了到 2050 年实现100% 可再生能源供应体系的路线图。

2011 年 1 月份，德国环境咨询委员会提交了一份名为《建立一个 100% 的可再生能源电力系统》的报告，该报告得出结论，到 2050 年，德国电力 100% 由可再生能源供应是可能的。

世界观察研究所的报告认为］: 到2050 年，中国可再生能源将达到总能源需求的40% ～ 45% 。

由此可见，可再生能源将在未来得到快速发展，而化石能源的比重将逐渐降低。

一，超导输电技术的优势超导输电技术是利用高密度载流能力的超导材料发展起来的新型输电技术，超导输电电缆主要由超导材料、绝缘材料和维持超导状态的低温容器构成，图1 和图2 分别是常温电绝缘和低温电绝缘的超导输电电缆的示意图。

赵忠贤：最牛的超导研究，最真的超然人生作者：吴志菲来源：《时代邮刊·上半月》2017年第03期1911年，荷兰物理学家昂内斯意外地发现，将汞冷却到4.2K时，汞的电阻突然消失。

两年后，他的这一“超导”发现获得诺贝尔奖。

2017年1月9日，北京人民大会堂。

赵忠贤凭借超导领域的研究站上国家最高科学技术奖的领奖台。

在许多人眼里，赵忠贤就是个带着东北口音的逗趣老爷子。

走近赵忠贤，对“超导”、对“生命的阻力”，会有新的认识。

“醒得早”的“北京的赵”超导临界温度很低，广泛应用受到影响。

正因如此，超导竞赛—直在全世界悄悄进行着，吸引了无数科学家的目光。

科学家麦克米兰根据获1972年诺贝尔奖的BCS理论计算，认为超导临界温度最高不大可能超过40K，他的计算得到了国际学术界的普遍认同，40K也因此被称作“麦克米兰极限”。

1974年2月，赵忠贤到英国剑桥大学冶金与材料科学系超导组进修。

在剑桥大学，他的指导老师艾维兹博士提出了一个供他选择的研究范围，于是他开始了有关第Ⅱ类超导体中磁通流动问题的研究。

在不到一年的时间里，赵忠贤发现了第Ⅱ类超导体量子磁通线在不可逆运动过程中，从非线性区到线性区转变的临界点和临界电流呈线性关系。

1975年9月，赵忠贤回国。

两年后，他在《物理》杂志上撰文，指出结构不稳定性又不产生结构相变可以使临界温度达到40—55K，并提出复杂结构和新机制在某些情况下甚至可以达到80K。

挑战由经典理论推导出的麦克米兰极限，以至于当时不少人认为“赵忠贤胆子实在是太大了”。

那场争分夺秒的超导竞赛中，赵忠贤团队在极端落后的实验条件下夜以继日地工作，撸起袖子加油干。

没有设备，赵忠贤就带领团队用“淘”来的闲置品改造，他戏称为“土炮”，连烧样品的炉子都是自己动手制的。

“别小瞧我这‘土炮’，管用着呢！”尽管条件艰苦到在被窝里捉老鼠，但赵忠贤仍旧乐观地认为，自己的相对劣势没有那么大。

科学研究是一项需要极大毅力的工作。