铁基超导体研究取得重要进展
超导临界温度的最高纪录
超导临界温度的最高纪录超导材料是一类具有极低电阻和强电磁场排斥特性的材料，它们在低温条件下表现出超导现象。
超导临界温度是一个重要的指标，它反映了超导材料在何种温度下可以表现出超导性质。
本文将介绍超导临界温度的最高纪录，并探讨其背后的科学原理和应用前景。
铜基和铁基超导体是已知具有最高超导临界温度的两类材料。
1993年，铜基超导体La2-xSrxCuO4创造了当时的最高纪录，其超导临界温度达到了约40K。
而在2008年，铁基超导体LaFeAsO1-xFx的发现打破了这一纪录，将超导临界温度提升到了约55K。
这一突破引起了全球科学界的广泛关注。
随后的研究工作又相继发现了一系列具有更高超导临界温度的铁基超导体，其中最高的记录是2015年发现的H3S，其超导临界温度高达203K。
超导材料之所以能够具备这样高的超导临界温度，是因为它们具有特殊的电子结构和晶格结构。
在超导材料中，电子之间通过库仑相互作用形成了一对对偶的电子态，称为库珀对。
这些库珀对在超导材料中可以自由运动而不受到散射的影响，从而产生了超导现象。
而超导临界温度则取决于材料中的电子结构和晶格结构，以及外界对材料的影响。
铜基超导体的超导临界温度之所以较高，是因为它们的电子结构中存在着铜氧层。
这种铜氧层中的电子具有特殊的能带结构，使得它们能够形成稳定的库珀对。
而铁基超导体的超导临界温度之所以更高，是因为它们的晶格结构中存在着铁砷层。
这种铁砷层中的电子同样具有特殊的能带结构，从而促使库珀对的形成。
不过，目前对于铁基超导体的超导机制仍存在争议，科学家们正在继续研究中寻找答案。
超导临界温度的提升对于超导技术的发展具有重要意义。
超导材料在电力输送、电子器件和磁共振成像等领域具有广泛的应用前景。
超导电缆可以实现高效率的电力输送，超导电子器件可以实现低功耗的电子设备，而超导磁共振成像可以提供更高分辨率的医学影像。
因此，提高超导临界温度可以进一步推动超导技术的发展，促进其在实际应用中的推广和应用。
超导材料的研究进展及应用
超导材料的研究进展及应用超导材料是近年来科学研究与技术应用领域备受的一种材料。
随着科技的不断进步，超导材料的研究已经取得了显著的进展，并且在能源传输、医疗设备、交通等多个领域展现出了广泛的应用前景。
自1911年发现超导现象以来，科学家们对超导材料的研究从未停止过。
在理论方面，量子力学、固体物理等领域的理论不断发展，为超导材料的研究提供了强有力的支持。
在实验室方面，从早期低温超导体到高温超导体，再到如今的新型超导材料，研究者们不断突破技术难题，推动超导材料的研发和应用。
当前，超导材料研究主要集中在新型材料的探索以及超导机制的研究。
在新型材料方面，科研人员不断发掘具有高超导电性能的新材料，以替代传统的低温超导体。
在超导机制方面，研究者们致力于深入研究超导材料的微观机制，包括电子配对、库珀对的形成等，以推动超导材料的进一步应用。
近年来，超导材料领域的研究取得了一系列突破性成果。
新型高温超导材料的不断涌现，如铜氧化物超导体、铁基超导体等，使得超导材料的性能得到了显著提升。
在应用领域方面，超导材料已经成功应用于磁共振成像（MRI）、粒子加速器、磁悬浮列车等多个领域，为社会带来了巨大的经济效益。
展望未来，超导材料的研究将继续深入。
在理论方面，随着对超导机制的深入理解，有望发现更多具有超导性质的新型材料。
在应用方面，随着超导技术的不断成熟，超导材料将在更多领域得到广泛应用，如电力传输、储能、电子设备等。
随着技术的不断发展，超导材料的制造成本也将逐渐降低，使得超导技术的广泛应用成为可能。
超导材料作为一种具有重要应用价值的新型材料，其研究进展及应用前景广阔。
随着科学技术的不断发展，相信在不久的将来，超导材料将在更多领域发挥重要作用，为人类社会的发展带来更多福祉。
高温超导材料是一种具有优异导电性能和零电阻的材料，它在能源、通信、医疗、科学研究等领域具有广泛的应用前景。
自1911年发现超导现象以来，对高温超导材料与技术的研究已取得了重大进展。
新材料科学：超导体的研究进展
新材料科学：超导体的研究进展超导体是一种在低温下具有零电阻的材料，其研究一直是材料科学领域的热点之一。
随着科技的不断发展，人们对超导体的研究也取得了许多重要进展。
本文将介绍超导体的基本概念、研究方法以及最新的研究进展。
一、超导体的基本概念超导体是指在低温下电阻为零的材料。
这种特殊的电性质使得超导体在电力输送、磁共振成像等领域具有广泛的应用前景。
超导体的电阻为零是由于其电子在低温下形成了一种称为“库珀对”的配对态，这种配对态能够有效地抵消电子之间的散射，从而使电流能够无阻碍地通过超导体。
二、超导体的研究方法超导体的研究主要通过实验和理论两种方法进行。
实验方法包括制备超导体样品、测量其电阻和磁性等性质，以及观察其在不同温度下的超导转变。
理论方法则通过建立数学模型和计算模拟来解释超导体的物理机制和性质。
制备超导体样品是超导体研究的基础。
目前常用的制备方法包括固相反应、溶胶-凝胶法、物理气相沉积等。
这些方法可以制备出不同结构和成分的超导体样品，为研究超导体的性质提供了基础条件。
测量超导体的电阻和磁性是研究超导体性质的重要手段。
电阻测量可以通过四探针法、交流电阻法等方法进行，磁性测量则可以通过超导量子干涉仪、磁化率测量仪等设备进行。
这些测量手段可以帮助研究人员了解超导体的临界温度、临界电流等重要参数。
观察超导体的超导转变是研究超导体性质的关键实验。
超导转变是指超导体在低温下从正常态转变为超导态的过程。
这一过程可以通过测量超导体的电阻随温度的变化来观察。
当温度降低到超导体的临界温度以下时，电阻会突然变为零，这就是超导转变的标志。
理论方法在超导体研究中也起着重要的作用。
通过建立数学模型和计算模拟，研究人员可以揭示超导体的物理机制和性质。
目前常用的理论方法包括BCS理论、Ginzburg-Landau理论、格林函数理论等。
这些理论方法可以解释超导体的配对机制、能隙结构等重要性质。
三、超导体的研究进展近年来，超导体的研究取得了许多重要进展。
铁基超导
铁基超导超导是物理世界中最奇妙的现象之一。
正常情况下，电子在金属中运动时，会因为金属晶格的不完整性（如缺陷或杂质等）而发生弹跳损耗能量，即有电阻。
而超导状态下，电子能毫无羁绊地前行。
这是因为当低于某个特定温度时，电子即成对，这时金属要想阻碍电子运动，就需要先拆散电子对，而低于某个温度时，能量就会不足以拆散电子对，因此电子对就能流畅运动。
传统的解释常规超导体的超导电性的微观理论预言，超导体的最高温度不会超过麦克米兰极限的39K。
在以往的研究中，只有1987年发现的铜氧化合物超导体打破了这一极限，被称为高温超导体。
最近，在铁基磷族化合物中发现的超导电性其超导临界温度可达55K，同样突破了传统理论预言的麦克米兰极限。
这是第一个非铜基的高温超导体，掀起了高温超导研究的又一次热潮。
铁基超导的研究进入了一个空前发展的阶段，各国都在进行这一新材料的研究，铁基超导体薄膜研究进展与铁基超导体大同位素效应就是其中的热点。
从2008年新的铁基高温超导体发现以来，铁基超导薄膜的研究进展相对缓慢。
这是因为较难精确控制人们所需要的亚稳相中的多元素配比、以及多种热力学相之间的互相竞争。
由于元素配比和不同热力学相竞争所导致的较少量的杂质，在块状材料的合成中有时可以接受，但对低维的薄膜材料却不能允许。
迄今已发现四种主要晶体结构的铁基超导体，包括含砷或磷（chalcogens）的1111相、122相、111相，以及含氧硫族元素（pnictogens）的11相。
它们都具有超导的Fe-X （X为As、P、Se、S或Te等）层，且前三类超导体中这些层由La-O等隔离层隔开，而超导的11相FeSe、Fe(Se,Te)只有Fe-X层，晶体结构最简单。
目前人们只得到了11相的单相、外延、超导薄膜。
而对含砷的铁基超导体而言，经过近两年的探索，仍未能得到单相的超导薄膜。
中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)超导实验室的曹立新副研究员带领博士生韩烨、李位勇，与相关科研人员合作，在国际上率先制备出单相的外延FeSe超导薄膜（第十届全国超导薄膜和超导电子器件学术研讨会，大连，2008年10月11日-15日），率先发表文章（Journal of Physics: Condensed Matter 21, 235702, 2009），并申请了国家专利。
硒化铁超导薄片表面微结构的制备与性能表征
ｉ ， ｅ ｉ ｒ ａ ｎｖｒ ｔ， ｅ＇ｇ１０ ７ ， ｈｎ ； ｃ Ｂ ｉｎ Ｎｏｍ ｌ ｉ ｓｙ Ｂ ｏｎ ８ ５ Ｃ ｉ ｓ ｊｇ Ｕ ｅｉ ｉ ０ ａ
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自从 １ １ 年 Ｏ ｎ ｓ 发现单质汞在 ４２ ９１ ｎ ｅ［ ．Ｋ附近 电 阻变 为零 ，也就是超导现象 以来 ，超导物理这个凝 聚态物理 中最活跃的领域经历 了低 谷与高 潮 ，不断
探索着超 导现象的物理本质并 制备新型超 导材料 。
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铁基超导体的研 究已经取
２１ 表 面形貌 ．
了 ４种具有代表性的铁基超导体化合物 ：１ ）氟掺杂
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１ 实验 原料 ． １
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我国研制成功新型铁基超导体线材
全 世 界 每 年 使 用 钨 电极 的总 消耗
量超过 １０ ６０吨。但 目前使用的钨
电极 ７ ％以上 仍 然 是 有 放 射 性 污 ０ 染 的钍 钨 电极 ， 重 污染 着 环 境 和 严 危 害人 类健 康 。 “ 多元 复合 稀 土钨 电极及 其制 备技 术 ” 目自主研 制 项 出 的多元 复 合稀 土 钨 电极 材 料 ， 不 但 综合 性 能优 异 ， 而且 由于不 使 用
总第２５ ０８ ９ 期２０ 年
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（ 中国科学院 ）
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放 射性 元 素钍 ， 实现 了该 领域 的无
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材料技术 主题 专家组周少雄组 长 等 １ 位专家组成 的鉴定委员会认 ３ 为， 该项 目整体技术达到国际领先
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研 制 出生 产线 关 键设 备 ， 实现 了高
其制备技术” 成果 日 前通过专家鉴
超导材料的研究现状及其应用
超导材料的研究现状及其应用随着科技的进步，超导材料越来越被人们所熟知。
超导材料具有唯一性和强大的电导特性，这种性质在许多实际应用中得到了广泛应用。
在这篇文章中，我们将讨论超导材料的研究现状及其应用。
超导是指在一定温度下，某些电性材料能够表现出没有电阻的特性。
这意味着电能可以在没有损失的情况下通过这些材料进行传递。
超导材料的这种特性使它们在电力输送、MRI、磁悬浮列车、能源存储等方面发挥了重要作用。
让我们来具体了解一下超导材料的研究现状及其应用。
研究现状超导材料的研究始于1911年，当时荷兰物理学家海克·卡末林发现水银在极低温度下可以表现出这种无阻抗的特性。
之后，人们在1960年代发现了超导材料的具体理论，并成功地制造出了高品质的超导体。
近年来，随着技术的进步和实验条件的改善，关于超导材料的研究取得了可喜的进展。
首先，研究人员发现了许多新型超导材料，这些材料具有更高的超导临界温度和更好的稳定性。
如铁基超导体、锰基超导体以及高温超导体YBCO等，这些新型超导材料拓宽了超导技术的应用范围。
其中铁基超导体是近年来超导材料中的新宠，其超导转变温度可以达到普通温度的一半，这极大地提高了铁基超导体在实际应用中的价值。
其次，研究人员近年来开始集中在光子与超导的相互作用上。
通过光子与超导的相互作用，科学家们发现可以实现高效的量子信息传递和超导电磁信号调控。
这些研究成果也为超导材料在量子计算机方面的应用提供了奠基之作。
应用超导材料的应用广泛，从电力输送到医学成像，占据了许多领域。
以下是一些超导材料的应用领域。
1.电力输送超导线圈除了可以传输电力之外，还可以被用于发电机的磁场中产生特殊的电感特性。
这些电感特性可以降低传输过程中的电阻损失，同时能够减小输电线径的体积，从而节约电力线路的建设成本。
超导电力线路主要应用于高压输电和短距离电力输送，例如城市地下电缆和电线路，使得都市繁华地区的供电更加方便。
2.磁共振成像（MRI）MRI是一种临床医学影像技术，它可以产生高分辨率的图像，帮助医生进行诊断。
铁基高温超导体的研究进展及展望
2008年 第53卷 第19期: 2265 ~ 2273 2265《中国科学》杂志社SCIENCE IN CHINA PRESS评 述铁基高温超导体的研究进展及展望方磊, 闻海虎*中国科学院物理研究所超导国家重点实验室, 北京 100190 * 联系人, E-mail: hhwen@ 2008-07-21收稿, 2008-09-03接受摘要 自从2008年2月末F 掺杂的LaFeAsO 被报道有26 K 的超导电性后, 基于此体系材料的超导转变温度在短短几个月中被迅速地提高到55 K, 很多新超导体被发现, 同时人们对具有更高临界转变温度的新超导材料充满希望. 本文简要地回顾了这种体系中材料的探索、制备以及设计, 另外在理论和实验上对其超导机理的认识也给予了介绍和总结. 最后基于目前的实验数据, 对铁基超导体和铜氧化物高温超导体的重要物理参数进行了比较, 同时展望了这种新超导体的应用前景.关键词 铁基超导体 超导转变温度 ZrCuSiAs 结构配对对称性超导是一种宏观量子现象, 费米面上动量相反的电子配成对, 同时建立长程的位相相干进而发生凝聚, 其结果是超导体在临界温度下电阻的消失(零电阻)和对磁力线的排斥(完全抗磁性). 在正常金属中, 电子在一个充满各种振动的背景中运动, 最普通的是晶格的振动. 晶格的振动模可以被一种称为“声子”的元激发进行描述. 电子和声子碰撞后损失了动能进而导致能量的损耗. 这也就是正常金属在有限温度下电阻的来源. 然而在零温极限下所有的振动模式都停止了(不计量子涨落), 所以一个干净的系统中能量的损耗和电阻率都是为零的. 对于一个超导体而言, 费米面上的电子两两吸引形成束缚对, 这种束缚的电子对被称为库珀对. 库珀对服从玻色统计, 在临界温度(T c )下发生凝聚. 这种凝聚态具有很长的相干长度, 因而对晶格振动导致的局域散射不敏感, 所以输运上并不损耗能量, 电阻率可以在较高温度(T c 以下)保持为零. 与此同时, Ⅱ类超导体具有在很高的磁场下承载巨大电流密度的优越性能, 人们因此对高临界温度的新超导体充满了期望.人类寻找新超导体的历史已经持续将近100年, 在最初的几十年中, 新超导体的探索主要集中在单元素材料和多元素合金上. 然而这些材料的超导转变温度不超过23 K(Nb 3Ge)[1]. 一个重大的突破发生在1986年底, 在IBM Zurich 工作的Bednorz 和 Muller [2]发现铜氧化物LaBaCuO 的超导转变温度高于30 K. 自此寻找更高T c 的超导体的浪潮席卷全世界, 在短短的几年中, 铜氧化物超导转变温度被提升到134 K(常压)和164 K(高压). 然而铜氧化物超导体的相干长度非常短, 各向异性度很高, 又因为是陶瓷, 所以材质很脆, 这些不利因素都妨碍了它在工业上大规模的应用. 所以, 超导界的科学家们一直希望发现另外一种非铜氧基的高温超导体, 并且这种超导体具备更优异的性质.转机发生在2008年的2月末, 日本东京工业学院Hosono 教授的研究小组发现在母体材料LaFeAsO 中掺杂F 元素可以实现26 K 的超导电性[3]. 此类母体材料的研究历史可以追溯到1974年美国杜邦公司Johnson 等人[4]在寻找新的功能材料中的工作. 随后, 一个德国的研究组合成了系列的具有同样ZrCuSiAs 结构的新材料[5]. 这些新材料被取名为四元磷氧化物LnOMPn(Ln=La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy; M=Mn, Fe, Co, Ni; Pn=P, As). 图1是LaFeAsO 的基本结构. 这个体系空间群为P4/nmm, 具有四方的层状结构, 在c 方向上以—(LnO)2-(MP)2-(LnO)2—形式交替堆砌, 一个单胞中有两个分子LnOMP. 对于母体材料而言, 层和层之间电荷是平衡的, 例如,2008年10月 第53卷 第19期2266(LnO)+1和(MP)−1的电荷是平衡的. 由于四元磷氧化物LnOMPn 中的一些材料在低温下是超导体, 因此 这个体系构建了铜氧化物外的另一个层状超导体家族[6,7]. 在Hosono 小组发现LaFeAsO1−x F x (x =0.05~ 0.12)具有26 K 的转变温度后[3], 新的一轮寻找高温超导材料的浪潮再次到来.图1 LaFeAsO 的原子结构图LaFeAsO 属于ZrCuSiAs 结构, 在c 方向—(LaO)2-(FeAS)2-(LaO)2- (FeAs)2—相互交叠进而构成一个典型的层状化合物. 铁离子排布成一个四方结构, 近邻的铁离子距离2.853 Å, 对角的铁离子距离3.97 Å1 追寻更高T c在Hosono 小组的工作发表后的很短时间, 中国科学院物理研究所的王楠林小组、闻海虎小组和美国橡树岭国家实验室的Mandrus 小组, 分别独立地制备出超导温度26 K 的LaFeAsO 1−x F x 并作了系统的输运测量[8~10]. 数据揭示LaFeAsO 1−x F x 的载流子为电子型而且载流子密度很低, 这些性质和铜氧化物高温超导体都很类似. 随即不同小组追寻更高超导转变温度的竞争拉开序幕. 大部分的研究进展都以非正式发表的形式及时刊登在美国Los Alamos 国家实验室的免费电子资源平台上(/list/cond-mat. supr-con/). Takahashi 等人[11]利用高压技术(3 GPa)把LaFeAsO 0.89F 0.11的转变温度从26 K 提高到43 K. 2008年3月20日闻海虎小组报道了利用二价的Sr 代替部分三价的La(空穴掺杂), La 1−x Sr x FeAsO 可以实现25 K 的超导转变, 从而否定了Hosono 小组关于空穴掺杂在铁基母体中不能实现超导的结论[12]. 几天后, 中国科学技术大学陈仙辉小组报道了SmFeAs- O 0.85F 0.15中实现43 K 的超导电性[13]. 几乎同一时间中国科学院物理研究所的王楠林小组[14]发现41 K 超导体CeFeAsO 1−x F x , 赵忠贤小组[15]报道了接近或超过50 K 的超导体NdFeAsO 0.85F 0.15和PrFeAsO 0.85F 0.15. 在追逐更高T c 的激烈竞争中, 人们发现高压技术合成样品是效率较高的, 例如, 低于2 h 的样品烧结时间以及高压导致F 的有效掺杂. 高压技术的应用可以很容易实现高的超导转变温度, 稀土金属Ce, Pr, Nd, Sm, Eu 和Gd 的铁基超导体基本都可以达到50~55 K [16]. 另外, 赵忠贤和任治安等人认识到由于名义上的化学计量比的F 含量在烧结过程中可能丢失, 铁基超导体中氧缺位实际上是存在的. 因此, 任治安等人利用高压技术直接合成了无氟缺氧的LnFeAsO 1−x , 发现超导转变温度达到了55 K, 从而证实了他们的氧位缺失导致超导的观点[17]. 但必须说明的是, 常压合成的无氟缺氧LnFeAsO 1−x 并不超导, 即使样品很纯净, 也没有任何超导迹象出现[18]. 一种可能性是此类缺氧的相是一个亚稳相, 在常压下合成出来的实际上是不缺氧的相. 此外, 曹光汉和许祝安小组还发现利用Th 替换Gd 的方法在Gd 1−x Th x FeAsO 中观察到56 K 的超导电性[19]. 同时他们在Tb 1−x Th x FeAsO 中也观察到超过50 K 的超导电性[20]. 最近利用高压技术, 重稀土Tb 和Dy 的铁基超导体也实现了40 K 的高温超导电性[21]. 在图2中, 我们给出了超导转变温度和发现时间的关系曲线, 可以很清楚地发现超导转变温度随时间上升得非常快, 同时铁基超导体的临界温度能否超过液氮温度77 K, 也给人们很大的想象空间.在探寻具有更高转变温度的超导体的时候, 有几种可能的途径. 第一个也是最直接的办法就是合成一个单胞中有多个FeAs 层. 这个想法来自铜氧化物超导体, 因为两个体系的上临界场都特别高, 从而配对势很强, 但超流密度却很低[8~10]. 所以按照提高铜氧化物超导温度的思路, 只要超导转变由相位涨落控制而不受配对强度影响的话, 多层可以产生更高的超流密度. 然而必须指出的是, 铁基超导体的位相涨落并不是特别的强, 至少最优掺杂的样品是这样. 能斯特效应的测量确实发现在超导转变温度以上能斯特效应很弱, 而且扩展的温区只有10 K 以内, 确实说明此类材料中的相位涨落很弱[22]. 闻海虎小组[23,24]最近率先测量了NdFeAsO 0.82F 0.18单晶的上临界磁场和超导态电阻随磁场的各向异性, 发现各向异性度Г = (m c /m ab )1/2小于5或者6. 但对低掺杂的样品的各向异2267性度和配对能隙的研究至今没有报道, 如果没有比最佳掺杂提高很多, 反而像BCS 型超导体要求[25]的那样2∆sc /k B T c ≈4, 那么利用多层来提高超导转变温度的可能性就大大受到限制.但不管怎样, 一种新的结图2 铁基超导体的发现时间和超导转变温度的关系图(2008年6月15日以前)白色的圆点代表电子型超导体, 由F 掺杂或者氧缺位所致. 黑色的原点代表空穴型超导体. 具有更高超导转变温度的新超导体是值得期待的构往往导致配对强度和费米面上态密度的改变, 从而多层系统的T c 可以随机地增大或者减小.第二个寻找高T c 的途径就是通过元素替代来合成新材料. 目前为止, 并没有直接的解释为什么FeAs 系统中的T c 要高于NiAs 或者FeP 系统, 然而探寻不含As 的超导体是物有所值的, 毕竟As 带有毒性. 如果坚持以FeAs 为基的话, 空穴掺杂也许是另外一个重要的方向. 按照闻海虎小组的观点, 空穴掺杂可以导致超导电性[12], 同时T c 的变化随着空穴或者电子的掺杂量是基本对称的. 这个观点的提出在开始遇到很大阻力, 但是随着时间的推移, 逐渐被实验事实所支持. 一个类似的结果就是Hosono 小组报道的LaFePO 中实现了电子掺杂(F 替代O)和空穴掺杂(Ca 替代La), 但该文作者把Ca 掺杂提高T c 的结果归于晶格的收缩而不是能带的填充[26]. 最近闻海虎小组又成功制备了LaNiAsO 1−x F x 和La 1−x Sr x NiAsO 体系[27], 发现T c 的改变随着空穴或者电子的掺杂量也是基本对称的. 在Sr 掺杂的样品中, T c 随着晶格常数的增加而单调上升, 事实上Sr 2+的离子半径(0.112 nm)大于La 3+的离子半径(0.106 nm), 所以在不考虑结构畸变的情况下, 晶格应该有所膨胀. 关于ZrCuSiAs (1111)结构中可以利用空穴导致超导电性, 目前只有闻海虎小组有报道. 也有报道称, 可能是氧缺位导致超 导[28]. 然而, 闻海虎等人的数据表明, 只要二价金属原子Sr 等被有效掺到晶格位置, 就会出现超导[29]. 这方面的结论需要更多研究组工作的确认, 相信不久就会有最终结论. 最近, Rotter 等人用K +替代Ba 2+离子, 发现(Ba 0.6K 0.4)Fe 2As 2中存在38 K 的超导电性[30], 这是FeAs 基材料中空穴掺杂导致超导的进一步例证. 其母相BaFe 2As 2从电阻率随温度的变化关系上看是一个坏金属, 在140 K 附近有一个自旋密度波反常, 这些性质非常类似于零掺杂的LnFeAsO 的电输运特性. 总的来说, Rotter 等人的工作很明确地证实了闻海虎小组早期提出的空穴掺杂导致超导的观点[12]. 因而从这个方面而言, 通过空穴掺杂寻找新超导体仍有广阔天地.2 材料的合成为了对FeAs 基超导体物理性质有准确及深入的认识, 高质量的样品是不可或缺的. 目前为止, 国际上已经有很多小组合成出接近单相的LnFeAsO 1−x F x (Ln=La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd [31], Eu, Tb, Dy, Gd/Th). 制2008年10月 第53卷 第19期2268备样品的主要途径就是化学固相反应, 固相反应合成可以一步或者分步完成, 所谓一步法就是把金属单质和其他化合物按照化学计量比称量研磨和烧结, 而分步法就是先制备出砷化稀土和砷化铁, 再和其他所需化合物按照化学配平称量研磨和烧结, 如闻海虎小组初期采用的两步法合成单相样品的工艺就是行之有效的[9]. 不管一步还是分步合成样品, 原料需密封在石英管中烧结, 烧结温度在1150~1260℃之间. 由于稀土元素很容易被氧化, 研磨和压片的过程必须在充满保护气体的手套箱中进行. 另外, 砷单质和其化合物都是有毒的, 所以任何涉及砷的材料制备过程都必须严格控制在手套箱中以保护科研人员的健康. 第二种制备材料的方法就是前面提到的高压合成技术, 这种方法的优点就是元素反应迅速而且非常高效, 但由于反应时间过短, 化学合成不充分, 有杂相存在, 如FeAs 等. 第三种获得纯相的途径就是助溶剂方法[23,24], 这种方法的优点是烧结温度比较低. 我们已经利用这种方法成功制备出系列的NdFeAsO 1−x F x 单相样品.为了获得FeAs 基超导体的本征性质, 单晶的制备极为重要. 尽管有很多小组在随后的时间中报道了Ba 1−x K x Fe 2As 2单晶的生长, 但是在作者完成这篇初稿时(2008年6月15日之前), 只有两个小组报道了ZrCuSiAs(1111)相单晶样品的合成, 因此本文不再对Ba 1−x K x Fe 2As 2晶体的制备过程进行介绍. 关于F 掺杂的LnFeAsO 晶体的制备, 其中一个小组利用高温高压技术(ETH, Zurich)成功制备出最大尺寸为100 µm 的单晶[32], 他们利用混合的NaCl 和KCl 作助溶剂, 原料ReFeAsOF 和助溶剂的量控制在1:1到1:3之间, 原料和助溶剂充分混合后压片放在一个BN 坩埚中, 外面再用叶腊石包套密封. 实验采用的压力为3 GPa, 在1 h 之内升温至1350~1450℃之间, 保温 4~10 h, 最后用5~24 h 降温来促进晶体长大. 实际上, 同期我们已经在常压下利用助溶剂方法生长出NdFeAsO 1−x F x 单晶, 化学计量比的FeAs, NdAs, Fe 2O 3, NdF 3, Fe 和助溶剂NaCl 均匀混合(原料量:助溶剂量=1:10), 压片真空封管, 在1050℃保持5~10 d 后以3℃/h 降温到NaCl 的熔点800℃, 随即断电随炉降温. 所得大量片状单晶附着在NaCl 单晶上, 用水洗去NaCl 即得NdFeAsO 1−x F x 单晶. 图3(a)显示了图3(a) NdFeAsO 1−x F x 单晶面内电阻率随温度的变化曲线, 超导转变在50 K 附近, 转变宽度小于2 K; 插图显示一个20 µm 的单晶, 利用聚焦离子束技术化学气象沉积了Pt 膜作为四个电极; (b) 单晶的X 射线衍射谱, 只有(00l)方向的布拉格峰出现, 显示了单晶很好的取向性; (c) 不同磁场下电阻率随温度的变化关系, 超导转变起始温度点随磁场的加大而略微平移, 显示铁基超导体具有很高的上临界场(以正常态电阻率的95%作为判据); (d) NdFeAsO 1−x F x 单晶磁场随温度的相图, 四方格子代表T c 附近上临界场斜率, 原点线是超导体的不可逆线(以正常态电阻率的1%作为判据)一个NdFeAsO1−x F x单晶面内电阻率随温度的变化曲线, 超导转变在50 K附近, 转变宽度小于2 K. 图3(b)是一片单晶的X射线衍射谱, 只有(00l)方向的布拉格峰出现, 显示了单晶很好的取向性. 我们利用扫描电子显微镜进行晶体形貌测量发现单晶最大尺寸为70 µm, 如果进一步控制晶体生长的成核率以及优化成核温度, 更大尺寸的单晶是可以获得的. 不管怎样, 随着时间的推移, 生长大尺寸FeAs基超导体单晶的方法将不断涌现.3理论和实验对超导机理的研究进展当FeAs基材料的超导电性被相继报道后, 科研工作者随即开展了大量的科学研究, 希望能找到超导电子配对的机理. 最初的理论计算发现电声耦合常数λel-ph仅为0.21[33], 这么低的λel-ph显然不足以导致55 K之高的超导转变温度. 实际上一个类似的系统LaFePO已经有了能带计算结果[34]. LaFePO的超导转变温度为4 K, 电阻率随温度的变化关系是一个金属型的(0~300 K), 这种金属型的电输运行为和零掺杂的LaFeAsO截然不同, LaFeAsO的电阻率在150 K有个很大的下降, 接近零温时电阻率反而微微上翘[3,35]. 电阻率在150 K下降的起因早期被解释为费米面上电子口袋和空穴口袋之间的叠套引起的自旋密度波(SDW), 随后中子散射实验观测到对应此SDW的布拉格峰, 这些布拉格峰对应着一种相互交错的反铁磁长程序, 这种反铁磁长程序发生在136 K, 在此温度之上的150 K体系还有一个结构相变发生, 因而可能是结构相变先发生然后反铁磁序才被建立[36], 然而很难说电子态的不稳定和材料结构的畸变究竟谁是诱因. 很快穆斯堡尔谱实验也证实了零掺杂的LaFeAsO中结构相变和SDW序的共存[37], 显示了不同测量手段所得结论的一致性. 通过F掺杂, 电阻率在150 K的突降被逐渐抹平, 电阻率在低温下的上翘也被严重压制, 当电子和空穴掺杂量到了一定程度后超导就出现了. 由于在样品制备过程中F很容易损失, 因此实际的掺杂和名义上的掺杂量是不同的, 所以超导究竟在哪个掺杂量出现还是不确定的. 此外在欠掺杂区超导转变温度是否随掺杂量单调上升也不明确. 在掺杂最优化的情况下, 单晶正常态ab面内的电阻率显示连续弯曲的特性, 这显然与理论上预言的非常规金属正常态电导线性特征相违背, 这方面一个重要的例子就是铜氧化物高温超导体最佳掺杂点的电阻超线性行为. 因此, 在铁基超导体中目前还很难说某些掺杂点附近存在量子临界点.据已报道的数据, 最高的掺杂可以达到50%, 然而T c仍然维持在55 K或者仅比55 K有轻微的提高, 所以在严重过掺的样品中相分离可能存在, 因为F显然是不均匀的.最早的理论工作是关于能带的计算, 按照Lebègue的工作[34]及Singh和Du的计算结果[38], 母相LaFePO和LaFeAsO中Fe3d电子的5个轨道跨越了费米能, 费米面由5个部分组成, 沿M-A方向的电子型的费米面, 这个费米面上的电子费米速度比较高; 沿Γ-Z方向的空穴型的费米面, 费米速度在这个区域比较低; 还有一个三维的在Z点的空穴口袋. 由于电子型的圆柱形费米面上费米速度比较高, 因而面内电导被认为由这部分费米面负主要责任. 然而这些理论计算并没有考虑到电子的关联效应, Kotliar用动力学平均场方法(DMFT)估算到电子关联能大概为4 eV, 并认为母体LaFeAsO是一个坏金属, 处在金属绝缘体转变(MIT)的边缘[39]. 在考虑到电子的关联效应以及Fe-Fe键(J1, 近邻)和Fe-As-Fe键(J2, 次近邻)的超交换相互作用后, 理论上发现LaFeAsO的最低能量态是反铁磁长程序[40], 电子的自旋相互交错(interpenetrated), 在134 K进入反铁磁长程序以降低系统的能量, 同时在较高温度还有一个结构相变. 目前为止还不能确定反铁磁序和结构相变之间是否有紧密的联系, 如果有联系, 那么谁起主要作用也有待考证.关于超导态的配对对称性的研究, 理论上已经提出了很多可能, 限于篇幅以及个人的认识, 我们只能挑选出一部分来加以阐述. 第一种是扩展的S波配对, 认同这种观点的工作目前不多, 基于特殊结构的配对势V kk′, 费米面上不同部分的能隙符号相反, 因而超导波函数的能隙方程为扩展的S波[41,42]. 此外,一些理论工作者关注费米面上环绕着M点的两个电子型费米口袋, 根据第一性原理计算, 依赖于掺杂的超导转变温度被认为受控于这两个费米口袋的轨道能级简并度[43]. 第二种观点是能隙带有节点(node)的配对对称性, 一些理论认为Fe的d轨道中的铁磁性的洪特耦合将起到很重要的配对作用, 例如Dai等人[44]提出了一个新颖的配对方式, 即组成库珀对的22692008年10月 第53卷 第19期2270两个电子来自不同的电子口袋, 导致了自旋的三重态, 轨道的单态以及动量空间的偶宇称. 另一方面, Lee 和Wen [45]认为洪特耦合将导致带间的p 波对称, 特别是在能级劈裂的情况下, 这种配对对称性将更加稳定. 其他一些理论或多或少基于电子-空穴对称性或者假设带间带内的涨落为配对的媒介[46,47]. 由于实验上对铁基超导体的微观描述比较少, 因而对其超导配对对称性的定论还不能得到. 然而纯粹从对称性角度出发, 某些理论并不需要实验上的微观结果, 已经能推演出超导态对称性的一些普遍性质[48~50].实验上关于FeAs 基超导体能隙可能存在节点的报道最早来自闻海虎小组, 该小组利用低温比热测量超导转变温度为26 K 的LaFeAsO 0.9F 0.1的低能元激发, 发现电子比热系数γ和外加磁场成非线性关系[25], 同时点接触隧道谱也显示零偏压电导峰(ZBCP)的存在, 随着温度和磁场的增加, ZBCP 逐渐消失. ZBCP 通常被解释为电子隧穿一个金属和一个能隙存在节点的超导体的界面效应[51]. 随后, 两个不同小组基于µSR 实验分别指出FeAs 基超导体的配对对称性为脏的d 波[52,53], 他们指出这个体系的超流密度很低, 超流密度符合Uemura 关系, 即T c ∝ρs [54]. 如果Uemura 关系真能满足, 那么两层结构的FeAs 基超导体将具备更高的超导转变温度. 最近, 核磁共振实验发现自旋点阵弛豫率1/T 1T 符合一个幂次关系(power law), 自旋点阵弛豫率测量的是超导态的准粒子态密度, 因而在超导态随着温度升高费米面上已经有准粒子态密度的存在, 因此超导态的能隙函数可能有节点存在. 作者进一步指出库珀对为自旋单态[55,56]. 但也有些测量倾向于没有节点的能隙, 例如在SmFeAs- O 0.85F 0.15上面的点接触隧道谱的结果认为是一个单一的S 波能隙, 基本满足BCS 预期[57]; 在NdFeAs-表1 铁基超导体和铜氧化物超导体的物理性质比较物理参数 铁砷基铜氧化物 评价H c 1约50~100 Oe (1 Oe = 79.5775 A/m) ~100 Oe下临界场比较接近, 欠掺杂铜氧化物符合Uemura 定律, 铁基可能符合H c 2H c 2(H ||c ): ~70 T H c 2(H ||ab ): ~300 T由NdFeAsO 0.88F 0.12单晶输运数据估算而得 对YBCO 而言 H c 2(H ||c ): 100 TH c 2(H ||ab ): 300~600 T 两个系统的上临界场都很高, 所以配对能隙很强各向异性 Γ=(m c /m ab )1/24~5: NdFeAsO 0.88F 0.12单晶T C 附近 ~2: Ba 1−x K x Fe 2As 2单晶T C 附近对YBCO 而言7~20; 对Bi-2212而言100目前为止单层的铁基超导体的各向异性甚至小于YBCO能隙 LaFeAsOF 的能隙在4 meV 左右, 对(Nd, Pr,Sm) FeAsOF 而言7~10 meV, 2∆/k B T c = 3.5~4.5, 可能有双能隙2∆/k B T c = 8?由于赝能隙的存在,能隙值还不确定 铁基超导体的涨落效应可能不是很强, 但这和低的超流密度相违背能隙对称性 自旋单态观点居多. 带节点、节线的能隙和S 波能隙观点相当. 这方面的结论目前分歧很大主要是d 波配对 目前多数在1111结构中的实验结果支持超导体能隙是带节点的(也有S 波实验结果), 然而在122结构中看见了S 波能隙超流密度 低 低 铜氧化物中位相涨落很明显, 但铁基超导体中似乎不强相干长度对T c = 52 K 的NdFeAsOF 而言ξab = 15-25 Å ξc = 5-10 Å 对T c =90 K 的YBCO 而言ξab = 10 Å ξc = 2~3 Å 两个体系的相干长度都很小, 对应着比较小的凝聚能钉扎势 穿透深度λab = 1000-2000 Å λc = 3000-5000 Å对YBCO 而言 λab = 1000~2000 Å λc = 3000~6000 Å两个系统的λ都很大, 显示低的超流密度母体性质反铁磁或者自旋密度波序, 磁矩0.3~1 µB反铁磁长程序, 磁矩0.5µB, 交换关联能J为0.13meV 二个体系的共同之处是反铁磁序的压制可以诱导超导的出现能带多带空穴掺杂的材料是单带,电子掺杂的材料是多带铁基超导体更类似于电子型的铜氧化物超导体O0.9F0.1单晶上的穿透深度测量就倾向于超导序参量是不带节点的弱各向异性的S波[58]; 另外, NdFeAs- O0.9F0.1单晶上的角分辨光电子能谱测量发现在Γ点的空穴型费米面在超导转变温度以下有完全的能隙打开, 因而超导序参量是各向同性的S波或者是各向异性的S波[59]. 需要指出的是, 作者并没有说明另外两个电子型费米面上的能隙分布如何, 毕竟电子型费米面对正常态输运也起重要作用, 所以序参量S波对称的观点还有待更好的实验数据来证实. 总之从目前的实验数据而言, 单层的FeAs基超导体(ZrCuSiAs 结构)配对对称性d波的可能性比较大, 但还没有定论. 然而, 在BaFe2As2结构中, 最近的角分辨光电子能谱等数据表明S波配对对称性的可能性较大[60]. 鉴于此类超导体具有极其复杂的费米面构成, 因此关于超导能隙的对称性的定论尚需时日.4 铁砷基超导体(ZrCuSiAs结构)和铜氧化物超导体物性的简单比较在表1中我们对铁基超导体和铜氧化物超导体的物理性质做了一个初步的比较, 所有的物理参数均来自于已发表的或者刊登在arXiv数据库上以及我们自己测量的结果.比较表1所列的物性参数, 我们可以发现铁基超导体和铜氧化物超导体有很多类似之处. 然而目前为止还很难说两者的超导配对机理是相同的, 因此基于单晶样品的详实可靠的数据是必需的.5结论与展望很明显, 铁基超导体为探索超导体提供了一个新的平台, 同时它的物理性质也可能是非常规的. 高的上临界场、较小的各向异性和更大的相干长度(相对铜氧化物超导体而言)保证了这种材料的应用潜力. 图3(d)中我们给出了单晶的相图, 可以很清楚地发现它的临界场已经远远超过了MgB2, 因而铁基超导体在工业应用上有很大潜力. 在机理方面, 对于所有欠掺杂的样品而言, 反铁磁序是否是一个共同的特征是非常值得探寻的, 进一步来说, 反铁磁涨落对超导是否有影响将非常重要. 下一步从单晶样品上获得可靠数据将对阐明费米面的形状以及费米面随掺杂的演化, 及超导机理问题非常重要. 沿着空穴掺杂、新结构或者多层的思路去探索新材料, 可能会发现具有更高T c的新超导体.编后语此文的主体部分是2008年6月15日前完成的, 因此它主要反映的是此前的信息. 随后的一些重要工作可能未能够反映出来, 请见谅.参考文献1 Poole C P. Handbook of Superconductivity. New York: Academic Press, 20002 Bednorz J G, Muller K A. Possible high T c superconductivity in the Ba-La-Cu-O System. Z Phys B, 1986, 64: 189—1933 Kamihara Y, Watanabe T, Hirano M, et al. Iron-based layered superconductor La[O1−x F x]FeAs(x=0.05－0.12) with T c=26 K. J AmChem Soc, 2008, 130: 3296—32974 Johnson V, Jeitschko W. ZrCuSiAs: A “filled” PbFCl type. J Solid State Chem, 1974, 11: 161—1665 Zimmer B I, Jeitschko W, Albering J H, et al. The rare earth transition metal phosphide oxides LnFePO, LnRuPO and LnCoPO withZrCuSiAs type structure. J Alloys Comp, 1995, 229: 238—2426 Kamihara Y, Hiramatsu H, Hirano M, et al. Iron-based layered superconductor: LaOFeP. J Am Chem Soc, 2006, 128: 10012—100137 Watanabe T, Yanagi H, Kamiya T, et al. Nickel-based oxyphosphide superconductor with a layered crystal structure, LaNiOP. InorgChem, 2007, 46: 7719—77218 Chen G F, Li Z, Li G, et al. Superconducting properties of Fe-based layered superconductor LaO0.9F0.1−δFeAs. Phys Rev Lett, 2008,101: 0570079 Zhu X Y, Yang H, Fang L, et al. Upper critical field, Hall effect and magnetoresistance in the iron-based layered superconductor2271。
新材料科学：超导体的研究进展
新材料科学：超导体的研究进展超导体是一种具有特殊电性和磁性的材料，其在低温状态下能够无阻力地输送电流，且不排斥磁场。
自20世纪初，超导现象被首次发现以来，科学界对于超导体的研究不断深入，技术亦在不断演进。
随着新材料科学的发展，各类新型超导体的出现为我们提供了新的研究思路与实践可能，给电子、能源、交通、医疗等领域带来了潜在革命性的变化。
超导现象的基本理论超导的定义与特点超导现象是指某些材料在低于其临界温度时表现出完全电阻为零和排斥磁场的特性。
超导体的两大主要特点包括：零电阻状态：在超导态下，通过超导体的电流不会产生热量损失，这使得电能传输效率达到极致。
迈斯纳效应：即超导体能够将外加磁场排斥出去，材料内部的磁场强度降至零。
这一特性使得超导体具有独特的抗磁性，有广泛应用于磁悬浮等领域。
理论模型超导现象可以通过两大理论模型进行理解：BCS理论和伦敦方程。
BCS理论：1957年，巴丁、库珀和施里弗提出BCS理论，解释了超导状态下电子如何以“库珀对”的形式存在，从而无障碍地流动。
电子之间由于声子的相互作用形成成对状态，即使在极低温环境下也不会发生散射。
伦敦方程：由伦敦兄弟于1935年提出，该方程描述了超导体中磁场如何伴随着材料的进入与退出，进一步解释了超导体的迈斯纳效应。
超导材料的发展历程超导材料的发展大致可以分为以下几个阶段：早期超导材料低温金属超导体：如铅（Pb）、铌（Nb）、锡（Sn）等金属元素，在极低温度下表现出超导性。
这一时期的研究侧重于探索各种金属和合金的液氦温度下的超导特性。
高温超导体的发现铜氧化物高温超导体：1986年，约瑟夫·阿尔维和亚历山大·穆勒发现了第一种高温超导材料—铋钙锰氧化物（Bi₂Sr₂CaCu₂O₈），其在临界温度为92K左右。
这一发现开启了高温超导材料研究的新纪元，使得科研人员对新型陶瓷类超导材料产生了浓厚兴趣。
铁基超导体铁基高温超导体：2008年，中国科研团队首次发现铁基高温超导体（如LaFeAsO），其临界温度可达到55K。
无机材料的超导性能与应用
无机材料的超导性能与应用超导材料是指在低温下电阻消失，磁场被完全排斥的一类材料。
这种特殊的电学性质使得超导材料在能源传输、磁共振成像等众多领域具有重要的应用价值。
本文将探讨无机材料的超导性能及其在不同领域的应用。
一、无机材料的超导性能超导性的发现始于1911年，迄今已有百余年的历史。
最初发现的超导材料主要是金属元素，如铅、汞等。
但随着研究的深入，人们发现了许多非金属化合物也具有超导性。
这些无机材料中，最有代表性的是铜氧化物和铁基超导体。
铜氧化物超导体是研究超导材料的重要里程碑。
1986年，高温超导现象首次在铜氧化物中被发现，引起了学术界的广泛关注。
铜氧化物超导体具有较高的临界温度（关键温度，通常用Tc表示），超过了常规金属超导体的临界温度，为-100摄氏度以上。
这使得铜氧化物超导体成为了研究超导机制和应用的热点领域。
另一类重要的无机超导材料是铁基超导体。
与铜氧化物超导体相比，铁基超导体具有更高的临界温度，达到了-150摄氏度以上。
这使得铁基超导体在实际应用中更具潜力。
铁基超导体的发现推动了超导材料领域的进一步研究，也为实现更高温度的超导性提供了重要的思路。
二、无机材料超导的应用1. 能源传输超导材料在能源传输领域具有巨大的应用潜力。
由于超导材料在低温下无电阻，能够实现电流的零损耗传输。
这意味着在超导输电线路中，电流可以持续流动而不会损耗能量。
相比传统的铜导线，超导输电线路具有更高的效率和更小的能量损耗，能够节约大量能源资源。
目前，超导输电技术正日益成熟，已经开始在实际工程中得到应用。
2. 磁共振成像超导材料在医学领域中的应用被广泛研究和开发。
磁共振成像（MRI）是一种常用的医学影像技术，可以用于对人体进行无创检查。
超导磁体是MRI设备的核心部件，通过产生强磁场来获取人体内部的图像信息。
由于超导磁体具有强大的磁场稳定性和低能耗特性，使得MRI设备更加高效可靠。
因此，超导材料对于磁共振成像技术的发展起到了至关重要的作用。
科研进展
烯：笼中之笼”、“与俄罗斯套娃富勒烯共舞”和“金属富勒烯套娃”为题进行了报道。
维生素Ｃ开启诱导多能干细胞研究的新篇章
诱导多能干细胞（ｉＰＳＣ）转化效率过低一直是困 扰干细胞与再生医学应用研究的巨大瓶颈。广州生物 医药与健康院首次将研究的着眼点从细胞核内部因 子转移到细胞外培养条件，这个重大的革新性发现， 能够将原先的每ｌ万一ｌＯ万个细胞才能有１个细胞 转化为多能干细胞的低效率。提高１ ０００一１０ ０００倍。 ＆即＆ｅｍ ｃｅ口于２００９年１２月２４日在线发表了该项 成果，并且被选为２０１０年１月封面文章，这是来自中 国的科研成果第一次获此殊荣。此项研究成果开启了 干细胞研究的一个新的方向．在基础理论研究和应用 研究等领域都有着重要的作用。该研究成果将使人们 对维生素Ｃ的功效刮目相看，在人口健康、家畜繁殖、动物保护等领域都有着重要的作用。
№Ｍｒｅ上，在超导领域引起强烈反响。
高温铁基超导体超导机理研究取得新进展 最近一年多来物理所丁洪研究组。在前期研究工作基础上．和多个研究小组合作在铁
基超导体方面取得了一系列研究成果，其中最突出的是用多个有说服力的实验结果揭示了 反铁磁波矢相连的带间散射和费米面近似嵌套是导致铁基超导的最根本原因。
在最佳空穴掺杂的Ｂ％。Ｋ正ｅ２Ａｓ２样品中，他们发现超导配对强度随着内部的空穴型费 米面（ｄ）和电子型费米面的近似嵌套而增加，但外部非嵌套ｅ耶）。而在最佳电子掺杂的ＢａＦｅｌ．８５ＣｏｏｌＡｓ２样品中，费米面 近似嵌套条件从ｄ变到了Ｂ，从而ｐ费米面上的配对强度变大（爿¨Ｓ）。
病相关的胰淀素（√岫ｙｌｉｎ）的
组装机理．对于具有ｂｅｔａ片
层结构的多肽组装结构的解析和组装机理的解释提供了新的思路。在此工作基础上。他们 报道了一种利用分子调节剂有效调控淀粉样蛋白聚集的新方法。利用类分子伴侣的调节效 应不仅可以在分子水平上有效调控多肽的二维组装特性。而且可以调控多肽的三维聚集行 为。该研究从分子水平上揭示了多肽与分子调节剂相互作用的机理．为与淀粉样蛋白聚集 有关疾病的预防、药物设计和治疗提供了潜在的可行途径。有关研究成果发表在近期的
南京大学铁基高温超导体机制研究方面取得重要进展
原因，该实验结果将激励更多的理论和实验研究，促进对铁基高温超导机理理解。 中科院物理所高能量密度金属锂电池研究取得重要进展 锂 电池 体系 作为 一种 高效 的储 能装 置备 受青 睐 ， 已经 广泛 用于 便携 式 电子器件 （ 手机 、 笔 记本 等 ） ， 目前 正应用 于新 能源 电动 汽 车 、智能 电网及清 洁 能源 （ 风 能和 太 阳能 ）大规 模 储 能 中 ，从而 降低 人类 对化 石 能源 的过度 依赖 ，减 低二 氧化 碳及 相关 废弃 排放 ，减 少温室 气
性难 题 。
西安交通大学金属材料强度国家重点实验室孙军课题组历时 １ ０余年 ，最近在此领域取 得突破。他们从工程实际需求出发 ，回溯到材料制备技术的难点， 凝练并解决了相关关键科 学 问题 ，继 而推 动 了材 料制 备 技 术 的创新 和突 破 。他 们所 研制 的纳米 结构 弥 散强 化钼 合金 材 料，具有纳米稀土氧化物增强粒子与超细晶微观 结构，在获得显著强化 的同时，其拉伸延性 成倍 提 高 。该结 果在 线 发表 于 Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ Ｍ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｓ杂 志 网站上 。评 审 人认 为这 是一 项 非常 重 要 的原创 性研 究 结 果 ，具有 重 要 的科学 与 应用 价值 。 孙 军课 题 组 揭示 了稀 土氧 化物 掺 杂 钼合 金 中晶 粒及 晶 内与 晶界 粒 子 强韧 化 尺 寸效 应特 性 和 机理 ，建立 了强韧 化定 量解 析 模 型 ，提 出了纳 米掺 杂 强韧 化 的新 思路 。在 此基 础 上 ，孙 军课题组开发了分子级掺杂的液相混合制备含纳米稀土氧化物钼合金的关键技术， 解决了稀 土氧化物的纳米化与非团聚化、 及其在钼晶粒 内部和品界均匀弥散分布 、以及纳米超细 晶结 构 的高温稳定性等制约该领域发展的三个 “ 瓶颈 ” 难题 。 所制备的合金中氧化物平均颗粒尺 寸小于 ８ ０ ｎ ｍ ，钼 晶粒尺 寸 可达 亚 微米 级 ，钼 合金 的强度 与延 、韧 性均超 过 已报道 的 国际 一 流 公 司 同类材 料最 好 水平 ，同时 明显 降低 了其 塑脆转 变 温度 ，并显 著提 高 了合 金高 温再 结 晶 温 度 及高 温 强度 与拉 伸 延性 。 该项 目相关 技术 已在金 堆 城钼 业 公司 实现 了规 模化 应用 ， 取得 了显著 的经济 效益 与社 会 效益，并获得 ２ ０ １ ２年度教育部技术发明奖一等奖 。该项研究得到了国家 自 然科学基金以及 其 他 国家 项 目的共 同资 助 。 南京大学铁基高温超导体机制研 究方面取得重要进展 南京 大 学物 理学 院 ， 固体 微 结构 国家 重 点实验 室 和南 京大 学超 导 物理 和材 料研 究 中心 闻 海 虎 教授 领 导 的研 究 组 在 国家 自然 科学 基 金重 点项 目、 面 上项 目以及科 技 部 ９ ７ ３ 项 目的持 续 资助 下 ，与 国 内外科 学家 密 切合 作 ，在铁 基超 导 体物 理机 制方 面 取得 重要 进 展 。利 用 扫描 隧 道谱技术在高质量铁基超导单晶上面发现一个与超导电性密切相关共有的玻色激发模。 超 导是 凝聚 态物 质 中 电子 系统 的奇 异 量子 态 ，表现 出零 电阻和 完 全抗 磁 性 （ 即迈 斯纳 效 应） 。在 超 导研 究 中 ，有一 个 重大 科 学 问题 是如 何获 得 更高 的超 导 转变 温 度 。超 导态 需要 电 了配 对和 凝 聚 才能 形成 ，因此研 究 如何 配对 是其 中 的核 心 问题 。传 统 的超 导理 论 ，即 Ｂ ｃ ｓ
铁基高温超导体
铁基高温超导体
铁基高温超导体，是指由铁、碳等元素组成的复杂氧化物，具有较高的临界温度和超导电性能力的一类材料。
这一领域的研究起步于2008年，自2015年以来一直保持着迅猛发展的态势。
铁基高温超导体的研究对于推动材料科学、物理学及电子学等领域的发展起到了重要的推动作用。
目前已经发现的铁基高温超导体数量已经超过100种，其中一些种类的临界温度甚至可以超过200开尔文。
最引人注意的是，铁基高温超导体的制备过程与常规的超导材料有所不同。
此类材料需要在高温下合成，且需要一定的氧气气氛作为辅助，制备过程相对复杂。
但正是这种材料的高临界温度以及超导性能，给人们带来了全新的可能性。
人们可以将其应用于电力输送、磁悬浮交通、量子计算等领域，甚至还可以为实现超导态下的高能物理提供可能。
超导体的研究现状与展望
超导体的研究现状与展望超导体（Superconductor）是指在特定温度下，在电磁场中能完全抵抗电阻的一类材料。
在超导体中，电子通过一种名为“库伦配对”的机制组成“库伦对”，从而能够在低温下行使电子对的运动，使电流在材料内的导体中被完全内部传播而无阻力。
超导体被广泛应用于医学、太空科技、电力输送等各个领域，如MRI扫描仪、磁悬浮列车，超导电缆等。
近年来，随着新材料的不断涌现，超导体的研究展现出了愈发良好的势头。
下面，就当前超导体的研究现状与展望进行探讨。
超导体研究现状目前在超导体的研究领域中，已经取得了许多的成果，如早期发现的铅和铝超导体、在-196℃左右温度下的氦超导体，以及更为接近室温下的铜基和铁基超导体。
在1986年，发现了第一个高温超导体——铜基氧化物超导体。
随后，在1994年，又发现了铁基高温超导体。
这两种高温超导体的发现具有里程碑式的意义，它们的超导温度高达77K和54K左右，远高于室温低得多的铅和铝超导体。
这意味着我们可以在相对较为容易地实现的低温下观察到超导现象。
但是，传统的铜基和铁基高温超导体中，仍存在诸多的问题，例如：它们的制备过程十分复杂且成本极高，超导材料中的内部缺陷对超导性能影响很大，超导材料的磁场受敏感性较大等。
因此，人们尝试寻找新的高温超导体，以便更加高效且可靠地制备新的超导体材料。
超导体研究展望当前，人们对超导体研究的兴趣持续上升，迫切需要各种新的超导材料解决人类实际生活中的需求。
超导磁体在磁共振成像（MRI）和核磁共振（NMR）等医疗应用方面具有重要作用；超导电缆则可以降低电网的输电损耗；利用超导核磁共振（NMR）技术还可以研究医药、生命科学和新材料等领域的基础和应用研究。
与此同时，各种新材料、新技术的涌现，也为超导体的研究提供了新的可能。
例如，在2019年，美国MIT的研究团队发现了一种新的类金属体，可以在室温下实现超导性，其可能实现了从低温到室温超导的跨越。
新型超导体材料的研究和应用
新型超导体材料的研究和应用超导材料是一类具有极低电阻和强磁性的材料。
在低温和外部磁场的作用下，它们可以失去电阻，让电流在其中自由流动。
这种现象是由于超导体内部电子间的配对导致的。
然而，传统的超导体必须在极低温下才能发挥出这种特殊性质。
因此，人们一直在寻找新型超导体，以便扩大其应用范围。
本文将介绍新型超导体材料的研究和应用，并探讨其未来的发展趋势。
一、新型超导体材料的研究在过去的数十年里，科学家们发现了许多新型超导体材料，如铁基超导体、锗基超导体、氢化物超导体等。
这些新型超导体相较于传统超导体具有更高的临界温度和更强的超导性能。
其中，铁基超导体是最为活跃的研究领域之一。
它们以铁的离子为基础，与氧原子和其他元素形成复杂的化合物。
铁基超导体的研究始于2008年，迄今已经发现了数百种铁基超导体。
其中，一些铁基超导体的临界温度已经接近室温，如2015年发现的LaFeAsO1-xFx，其临界温度高达47K，可在极低温条件下获得强大的超导性能。
氢化物超导体是最新的一个超导体研究领域。
2019年，科学家发现，当将适量的氢和铯压缩到极高的压力下，可形成一种超导性能极强的材料。
该材料的临界温度高达250K，这意味着它可以在相对温暖的条件下使用。
其制备工艺尚不完善，需要进一步改进。
二、新型超导体材料的应用超导材料的应用十分广泛，如核磁共振、磁悬浮列车、医学成像等。
随着新型超导体的不断研发，它们的应用也在不断扩大。
1. 能源领域超导电缆是一种可以输送高电流的电缆，其基本结构是由超导材料制成的线圈，它可以在极低温度下运行，几乎不产生能量损失。
因此，它可以大大提高电力输送效率，节约能源资源。
2. 成像诊断领域超导材料可以制成磁共振成像（MRI）设备的磁体。
MRI是一种无创性的成像诊断技术，可以为医生提供人体内部的图像信息，支持疾病的诊断和治疗。
超导材料制成的磁体可以提供更强的磁场，提高MRI的分辨率和准确性。
3. 航空航天领域超导材料可以被用于磁悬浮列车和磁悬浮飞行器的推进器。
超导体的发展史简述
超导体的发展史简述超导体的发展史简述超导体，是指能进行超导传输的导电材料。
零电阻和抗磁性是超导体的两个重要特性。
人类最初发现物体的超导现象是在1911年。
当时荷兰科学家卡·翁纳斯等人发现，某些材料在极低的温度下，其电阻完全消失，呈超导状态。
使超导体电阻为零的温度，叫超导临界温度。
1911年1911年，荷兰科学家卡末林—昂内斯(Heike Kamerlingh-Onnes)用液氦冷却汞，当温度下降到4.2K(﹣268.95℃)时，水银的电阻完全消失，这种现象称为超导电性，此温度称为临界温度。
根据临界温度的不同，超导材料可以被分为：高温超导材料和低温超导材料。
1933年1933年，迈斯纳和奥克森菲尔德两位科学家发现，如果把超导体放在磁场中冷却，则在材料电阻消失的同时，磁感应线将从超导体中排出，不能通过超导体，这种现象称为抗磁性。
1973年1973年，发现超导合金――铌锗合金，其临界超导温度为23.2K(﹣249.95℃)，这一记录保持了近13年。
1986年1986年，设在瑞士苏黎世的美国IBM公司的研究中心报道了一种氧化物(镧钡铜氧化物)具有35K(﹣240.15℃)的高温超导性。
此后，科学家们几乎每隔几天，就有新的研究成果出现。
同年，美国贝尔实验室研究的超导材料，其临界超导温度达到40K(﹣235.15℃)液氢的“温度壁垒”(40K)被跨越。
1987年1987年，美国华裔科学家朱经武以及中国科学家赵忠贤相继在钇-钡-铜-氧系材料上把临界超导温度提高到90K(﹣185.15℃)以上，液氮的“温度壁垒”(77K)也被突破了。
1987年底，铊-钡-钙-铜-氧系材料又把临界超导温度的记录提高到125K(﹣150.15℃)。
从1986-1987年的短短一年多的时间里，临界超导温度提高了近100K。
来自德国、法国和俄罗斯的科学家利用中子散射技术，在高温超导体的一个成员单铜氧层Tl2Ba2CuO6+δ中观察到了所谓的磁共振模式，进一步证实了这种模式在高温超导体中存在的一般性。
近几年中国的科技发展有哪些
我认为中国 1.神舟七号发射成功。
2.下一代互联网研究与产业化获得重大突破。
3.首条国际一流水平的高速铁路在京津两大城市间开通。
4.首个中国人基因组序列研究成果发表。
5.北京正负电子对撞机重大改造工程建设任务圆满完成。
6.曙光5000A跻身世界超级计算机前十。
7.光谱获取率最高望远镜落成。
8.自主研制的支线飞机首飞成功。
9.量子中继器实验被完美实现。
10.转基因抗虫棉使北方农作物免受虫害。
世界 1.胚胎干细胞研究获新进展。
2.凤凰号探测器成功降落火星并确认火星上有水。
3.开发出全球运算速度最快的超级计算机。
4.欧洲大型强子对撞机正式启动。
5.设计出杀灭癌细胞的“纳米机器”。
6.建立第一个人类神经细胞组织系统。
7.铁基超导材料研究获重大进展。
8.创建首张完整的大脑网络地图。
9.发现土卫六上碳氢化合物远超地球油气储量。
10.最大规模人类遗传多样性调查完成。
我国最近有哪些科学技术发展的新成就？（1）综合国力显著增强。
“九五”期间，我国经济成功地实现了“软着陆”，抑制了通货膨胀，抵御了亚洲金融危机的严重冲击，克服了国内有效需求不足等困难，国民经济持续较快增长，经济总量不断扩大，国内生产总值年均增长速度将超过8％。
在1995年我国实现国民生产总值比1980年翻两番的基础上，1997年又实现了人均国民生产总值比1980年翻两番的目标。
按现行汇率折算，2000年国内生产总值将超过1万亿美元，世界排名明显上升。
主要工农业产品产量位居世界前列，商品短缺时代基本结束。
粮食综合生产能力上了一个新台阶，粮食库存超过历史最高水平，能源、交通、通信和原材料的瓶颈制约得到有效缓解，国家外汇储备比1995年增加一倍多，位居世界第二。
（2）经济结构调整取得重要进展。
在市场需求和国家宏观政策的引导下，农业结构调整取得积极成效，优质粮食品种和经济作物播种面积扩大，畜牧、水产业稳步发展，蔬菜和水果供应丰富，先进适用农业技术的推广应用步伐加快，农业生产不仅注重产量，更加注重质量和效益。
铁基超导体的物性研究及其新进展
铁基超导体的物性研究及其新进展摘要：铁基超导体是继铜氧化合物高温超导体之后又被发现的一类新型高温超导材料。
本文通过解释超导现象引入，并介绍了铁基超导体的应用、结构体系、制备方法以及一些铁基超导体材料研究的新进展，最后展望了这种新超导体的应用前景。
关键词：铁基超导体铁基超导体的应用铁基超导体的结构铁基超导体的制备1、引言超导是一种宏观量子现象，费米面上动量相反的电子配成对，同时建立长程的位相相干进而发生凝聚，其结果是超导体在临界温度下电阻的消失（零电阻）和对磁力线的排斥（完全抗磁性）。
在正常金属中，电子在一个充满各种振动的背景中运动。
最普通的是晶格的振动。
晶格的振动模可以被一种称为“声子”的元激发进行描述。
电子和声子碰撞后损失了动能进而导致能量的损耗，这也就是正常金属在有限温度下电阻的来源。
然而在零温极限下所有的振动模式都停止了（不计量子涨落），所以一个干净的系统中能量的损耗和电阻率都是为零的。
对于一个超导体而言，费米面上的电子两两吸引形成束缚对，这种束缚的电子对被称为库珀对，库珀对服从玻色统计，在临界温度（tc）下发生凝聚，这种凝聚态具有很长的相干长度，因而对晶格振动导致的局域散射不敏感，所以输送上并不损耗能量，电阻率可以在较高温度（tc以下）保持为零。
与此同时，ⅱ类超导体具有在很高的磁场下承载巨大电流密度的优越性能，人们因此对高临界温度的新超导体充满了期望。
2、铁基超导体的应用2.1 超导磁悬浮列车随着国民经济的发展，社会对交通运输的要求越来越高，因而需要有时速达数百公里的快列车。
磁悬浮列车具有高速（≥500km ／h）、安全、噪音低等优点，是未来理想的交通工具。
磁悬浮列车是利用磁悬浮作用使车轮与地面脱离接触悬浮于轨道之上，并利用直线电机推动列车运动的一种新型交通工具。
超导磁悬浮列车设想是美国与1966年首先提出的。
具体方案是在轨道上安装一系列电机电枢绕组，这些绕组从电网获得电能并与车体内超导磁产生的磁场相互作用，并产生推力推动列车前进。
超导材料的研究进展及应用
超导材料的研究进展及应用导电材料由于电阻的存在，在输电过程中会不断消耗电能，尤其是远距离电能传输，造成极大的能源浪费，这个问题一直困扰着各国学者。
找到一种材料电阻很小甚至没有电阻代替现有的导电材料以减少输电损耗一直是各国科学家们梦寐以求的愿望。
通常来说，导体的电阻随温度的降低而降低，所以人们致力于寻找一个低温环境，获得小电阻的导体。
1908年莱顿实验室成功制得液氦，获得4.25K的低温，这一技术促进了超导技术的发展。
在此之后的3年，荷兰物理学家昂纳斯发现当温度降到4.2K时，汞的电阻突然消失，这就意味着电流流经导体时没有热损耗，这一发现震动全世界，掀起了超导研究的一股热潮，昂纳斯也因此获得1913年诺贝尔奖，并将在一定温度条件下电阻突然消失的现象称之为“超导”，处于超导状态的导体称之为“超导体”，具有这一性质的材料称为超导材料。
一、超导材料的发展自昂纳斯发现汞的超导特性之后，越来越多的超导材料进入人们视野，人们发现元素周期表中的很多材料都具有超导性，很长一段时间内科学家们把元素、合金、过渡金属碳化物以及氮化物作为超导材料的研究对象，直到1985年金属间化合物铌锡（Nb3Sn）的出现，虽然其临界转变温度仅23.2K，却拓宽了超导材料的研究思路。
用液氦做致冷剂实现低温，由于氦原子间的相互作用力和原子质量都很小，很难液化，再加上氦资源缺乏等因素导致液氦价格昂贵，但如果没有液氦，低温超导材料的研究就会受到严重的阻碍，进而影响到研究工作的开展，最终导致超导材料在应用上受限。
因此，寻求新的超导材料以获得较高的超导转变温度，改变只能采用液氦做制冷剂的局面是各国科学工作者们重点关注的方向。
这一设想在1986年得以实现，超导材料的研究取得了突破性进展。
1986-1987年先后发现了超导临界转变温度（Tc）值为35K的钡镧铜氧化物、90K的钇-钡-铜-氧（YBaCuO）超导材料、125K的铊系高温超导体，打破了之前只有在液氦温区工作的禁区。
近年来我国科技成就
近年来我国科技成就篇一：新中国科技领域取得的巨大成就新中国科技领域取得的巨大成就（１）航天技术在火箭方面，目前我国的长征火箭家族已经发展为9种型号的火箭系列，可以覆盖低轨道、中高轨道和高轨道等太空轨道，运载能力从1.5吨到9.2吨，其中低轨道最高运载能力高达9.2吨，高轨道运载能力最高达到5吨。
长征系列火箭标志着我国航天技术具有坚实的基础，基本上具备了发射世界上不同轨道、不同重量卫星的能力，是世界航天发射市场上具有较高知名度和信誉度的高技术产品。
在人造卫星方面，我国也取得了举世瞩目的成就。
我国已经成功地发射了科学实验卫星、通信卫星和气象卫星三大系列50多颗各种轨道卫星，而且掌握了技术复杂的卫星回收技术和地球同步卫星控制技术。
继著名的两弹一星之后，目前我国已经拥有50多颗在轨卫星，并且掌握了复杂的卫星回收技术和地球同步卫星技术。
在载人航天方面，我国科学家的突出成就同样令世人为之瞩目。
载人航天工程包括航天员、飞船应用、载人飞船、运载火箭、航天发射场、着陆场和航天测控与通信七大系统，涉及的学科领域广泛，技术含量密集。
我国于1992年开始实施载人航天工程，全国3000多家单位数以万计的工作人员先后参与研制、建设和实验。
十年来，工程技术人员继承并发扬中国日益成熟的航天技术，探索了一条具有中国特色的载人航天发展之路，突破了一大批具有自主知识产权的核心技术，提升了信息、材料、能源等新兴学科的整体水平。
20xx年，我国先后两次成功地发射了神舟一号和二号宇宙飞船，在世界上仅次于美俄之后。
20xx年3月25日，我国又在酒泉卫星发射中心发射了“神舟”三号宇宙飞船，并且获得了圆满成功。
“神舟”三号飞船的成功发射和返回，表明我国载人航天工程技术日臻成熟，为最终实现载人飞行打下了坚实基础；“神州”五号这次发射是人类探索太空史上的一次重大成就。
继俄罗斯和美国之后，中国成了世界上第三个将人类送入太空的国家。
同时也表明我国利用飞船开展空间科学研究和空间资源开发进入了新的发展阶段，对促进我国科学技术发展和国民经济建设有着重要的意义。
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铁基超导体研究取得重要进展
[本刊讯]近日，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室、中国科学院强耦合量子材料物理实验室的陈仙辉教授研究组在铁基超导研究领域取得了重大进展，成功发现了一种新的铁基超导材料（Li0.8Fe0.2）OHFeSe，其超导转变温度高达40开以上，并与美国国家标准技术研究所中子研究中心的黄清镇博士以及中科大吴涛教授等几个研究组合作，确定了该新材料的晶体结构并发现超导电性和反铁磁共存。
相关研究成果在线发表在12月15日的Nature Materials上。
铁基高温超导体是目前凝聚态物理领域的研究热点，其机理还没有得到完全理解，FeSe类超导体以其诸多独特的性质被认为是研究铁基超导机理的理想材料体系。
尤其是近期报道的生长于SrTiO3衬底上的FeSe单层薄膜的零电阻转变温度高达100开以上，更加激起了科学家对于这一体系的浓厚兴趣。
然而，对于FeSe类超导材料，目前研究较为广泛的AxFe2Se2（A=K，Rb，Cs）体系存在严重的相分离，反铁磁绝缘相与超导相的共生导致该类材料的结构与性质非常复杂，从而使得研究其内在的物理机制变得非常困难。
而FeSe 单层薄膜以及通过液氨等低温液相插层方法合成的Lix（NH2）y（NH3）1-yFe2Se2等化合物在空气中极不稳定，无法深入研究其物理性质。
为了能够深入探究铁基高温超导的物理机制，亟需寻找到新的具有高的超导转变温度且空气稳定。
并适合物理测量的FeSe类超导材料。
陈仙辉研究组首次利用水热反应方法成功发现了一种新的FeSe类超导材料（Li0.8Fe0.2）OHFeSe，超导转变温度高达40开以上。
通过结合X射线衍射。
中子散射和核磁共振三种技术手段精确确定了该新材料的晶体结构。
此外，发现该结构中严重畸变的FeSe4四面体
有利于超导，这与FeAs类超导体中完美的FeAs4四面体有利于超导完全不同。
同时比热、磁化率和核磁共振数据表明该新超导材料在低温约8.5开存在反铁磁序，并与超导电性共存。
这一重要工作是首次利用水热法发现FeSe类新型高温超导材料。
为相关体系新超导体的探索提供了新的研究思路。
同时，该新超导体所具有的高超导转变温度、空气中稳定等优点为进一步的实验研究提供了可能，同时也为探索铁基高温超导的内在物理机制提供了理想的材料体系。
感谢您的阅读！。