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正在舉行的2013年國家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會上，中國科學(xué)院物理研究所/中國科技大學(xué)“40K以上鐵基高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)及若干基本物理性質(zhì)的研究”獲2013年度國家自然科學(xué)一等獎(jiǎng)。這一獎(jiǎng)項(xiàng)此前已連續(xù)空缺3年。

以趙忠賢、王楠林、聞?；?、方忠（以上皆為中科院物理所成員，以下簡稱“物理所”）和陳仙輝（中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，以下簡稱“中國科大”）為代表的中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)國家實(shí)驗(yàn)室（籌）和中國科大研究團(tuán)隊(duì)因?yàn)樵?ldquo;40K以上鐵基高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)及若干基本物理性質(zhì)研究”方面的突出貢獻(xiàn)獲得了國家自然科學(xué)一等獎(jiǎng)。

圖為鐵基高溫超導(dǎo)研究團(tuán)隊(duì)

自2000年起，國家自然科學(xué)一等獎(jiǎng)13年里有9次空缺，目前已連續(xù)空缺3年。1989年，物理研究所“液氮溫區(qū)氧化物超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)及研究”曾獲當(dāng)年國家自然科學(xué)一等獎(jiǎng)。

鐵基高溫超導(dǎo)體

超導(dǎo)，全稱超導(dǎo)電性，是20世紀(jì)最偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一，指的是某些材料在溫度降低到某一臨界溫度，或超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度以下時(shí)，電阻突然消失的現(xiàn)象。具備這種特性的材料稱為超導(dǎo)體。

在超導(dǎo)研究的歷史上，已經(jīng)有10人獲得了5次諾貝爾獎(jiǎng)，其科學(xué)重要性不言而喻。目前，超導(dǎo)的機(jī)理以及全新超導(dǎo)體的探索是物理學(xué)界最重要的前沿問題之一。同時(shí)，超導(dǎo)在科學(xué)研究、信息通訊、工業(yè)加工、能源存儲、交通運(yùn)輸、生物醫(yī)學(xué)乃至航空航天等領(lǐng)域均有重大的應(yīng)用前景，受到人們的廣泛關(guān)注。

近年來，國內(nèi)外相繼研制成功了多種超導(dǎo)材料和超導(dǎo)應(yīng)用器件，超導(dǎo)正在為人類的工作、學(xué)習(xí)和生活提供著便利。如高溫超導(dǎo)濾波器已被應(yīng)用于手機(jī)和衛(wèi)星通訊，明顯改善了通信信號和能量損耗；世界上各醫(yī)院使用的磁共振成像儀器（MRI）中的磁體基本上都是由超導(dǎo)材料制成的；使用的超導(dǎo)量子干涉器件(SQUID)裝備在醫(yī)療設(shè)備上使用，大大加強(qiáng)了對人體心腦探測檢查的精確度和靈敏度；世界上首個(gè)示范性超導(dǎo)變電站也已在我國投入電網(wǎng)使用，它具備體積小、效率高、無污染等優(yōu)點(diǎn)，是未來變電站發(fā)展的趨勢。

超導(dǎo)在科學(xué)研究、信息通訊、工業(yè)加工、能源存儲、交通運(yùn)輸、生物醫(yī)學(xué)乃至航空航天等領(lǐng)域均有重大的應(yīng)用前景

物理學(xué)家麥克米蘭根據(jù)傳統(tǒng)理論計(jì)算斷定，超導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變溫度一般不能超過40K（約零下233攝氏度），這個(gè)溫度也被稱為麥克米蘭極限溫度。

1986年，兩名歐洲科學(xué)家發(fā)現(xiàn)以銅為關(guān)鍵超導(dǎo)元素的銅氧化物超導(dǎo)體，轉(zhuǎn)變溫度高于40K，因而被稱作為高溫超導(dǎo)體。但在上個(gè)世紀(jì)九十年代中后期，由于它們屬于陶瓷性材料，復(fù)雜的制作工藝使其大規(guī)模應(yīng)用難以實(shí)現(xiàn)。國際物理學(xué)界傾向認(rèn)為銅氧化物超導(dǎo)體能給出的信息基本上被挖掘殆盡，通過銅氧化物超導(dǎo)體探索高溫超導(dǎo)機(jī)理的研究遇到了瓶頸，國際上的相關(guān)研究也進(jìn)入低谷。但中國超導(dǎo)研究所的研究人員們一直堅(jiān)持在高溫超導(dǎo)研究領(lǐng)域默默耕耘。

與銅氧化物高溫超導(dǎo)體不同，初步的研究表明，鐵基超導(dǎo)體在工業(yè)上更加容易制造，同時(shí)還能夠承受更大的電流，這為應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

中國科學(xué)家后來居上

中國科學(xué)家首先發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)變溫度40K以上的鐵基超導(dǎo)體，接著又發(fā)現(xiàn)了系列的50K以上的鐵基超導(dǎo)體。物理所和中科大的科學(xué)家們在鐵基高溫超導(dǎo)研究中引領(lǐng)了國際研究的熱潮。1989年，物理研究所“液氮溫區(qū)氧化物超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)及研究”就曾獲當(dāng)年國家自然科學(xué)一等獎(jiǎng)。

2008年2月下旬，日本化學(xué)家細(xì)野(Hosono)報(bào)道在四方層狀的鐵砷化合物：摻F的LaOFeAs中存在轉(zhuǎn)變溫度為26K的超導(dǎo)電性。之后，中國的鐵基超導(dǎo)研究工作像井噴一樣。這些年來，鐵基超導(dǎo)體系不斷產(chǎn)出優(yōu)秀論文，引起了強(qiáng)烈的國際反響。

趙忠賢院士的兩位研究生正在討論實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

物理所的靳常青找到了第三種全新的以LiFeAs為代表的111體系超導(dǎo)體，這對進(jìn)一步探索高溫超導(dǎo)的內(nèi)在物理機(jī)制和提高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度都有重要的意義。

物理所的丁洪教授2008年放棄了美國波士頓學(xué)院的終身教授職位，回國后的第二天就投入到了鐵基超導(dǎo)的研究當(dāng)中。他首次在實(shí)驗(yàn)上提出了鐵基超導(dǎo)體的能隙對稱性，解決了這個(gè)曾在銅氧化物超導(dǎo)體中被長時(shí)間爭論的問題。

物理所的任治安當(dāng)時(shí)是趙忠賢組的主要成員之一，之前也是趙忠賢的博士生，與其他80后一起合成了一系列轉(zhuǎn)變溫度在50K以上的鐵基超導(dǎo)體。

物理所王楠林研究組當(dāng)時(shí)有一員干將名叫陳根富，2007年10月回國加入該組后，即著手開展了LaFeAsO等鐵砷超導(dǎo)材料的探索合成工作。他不但率先發(fā)現(xiàn)了41K的CeFeAs(O,F)新超導(dǎo)體，還首次生長出了一批高品質(zhì)的超導(dǎo)單晶樣品，推動(dòng)了相關(guān)鐵基超導(dǎo)機(jī)理的研究。

世界上首個(gè)示范性超導(dǎo)變電站也已在我國投入電網(wǎng)使用

在五名獲得國家自然科學(xué)一等獎(jiǎng)的科學(xué)家背后，有著一支龐大的研究團(tuán)隊(duì)。他們反復(fù)強(qiáng)調(diào)說，自己只是中國科研人員中一個(gè)最最普通的集體。

截至2013年1月4日，鐵基超導(dǎo)體的8篇代表性論文SCI共他引3801次， 20篇主要論文共SCI他引5145次。相關(guān)成果被眾多國際知名學(xué)術(shù)刊物專門評述或作為亮點(diǎn)跟蹤報(bào)道。2013年2月，中國科學(xué)院國家科學(xué)圖書館統(tǒng)計(jì)顯示，世界范圍內(nèi)鐵基超導(dǎo)研究領(lǐng)域被引用數(shù)排名前20的論文中，9篇來自中國，其中7篇來自該研究團(tuán)隊(duì)。這一切都表明，該團(tuán)隊(duì)在鐵基超導(dǎo)方面的研究，毫無疑問已經(jīng)走在了世界的最前沿。

著名理論物理學(xué)家，美國佛羅里達(dá)大學(xué)Peter Hirschfeld教授說：“一個(gè)或許本不該讓我驚訝的事實(shí)就是，居然有如此多的高質(zhì)量文章來自北京，他們確確實(shí)實(shí)已進(jìn)入了這個(gè)（凝聚態(tài)物理強(qiáng)國）行列”；美國斯坦福大學(xué)Steven Kivelson教授說：“讓人震驚的不僅是這些成果出自中國，重要的是它們并非出自美國。”

高溫超導(dǎo)的研究基地

物理所對高溫超導(dǎo)的探索和研究歷史可以追溯到上世紀(jì)70年代。1986年，銅氧化物高溫超導(dǎo)體被發(fā)現(xiàn)。1987年物理所研究組獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了起始轉(zhuǎn)變溫度在100K以上的Y-Ba-Cu-O新型超導(dǎo)體。在此之前，世界上一切超導(dǎo)研究都必須采用昂貴并難以使用的液氦來使超導(dǎo)體達(dá)到轉(zhuǎn)變溫度，這對超導(dǎo)研究形成了巨大的障礙。物理所的這項(xiàng)成果把使用便宜而好用的液氮來達(dá)到超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，為超導(dǎo)研究開辟了一片嶄新的天地，大大方便和加速了全世界的高溫超導(dǎo)研究，并榮獲1989年國家自然科學(xué)一等獎(jiǎng)。同年，經(jīng)國家計(jì)委批準(zhǔn)，物理所成立了超導(dǎo)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。以“液氮溫區(qū)氧化物超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)及研究”為代表，物理所作為中國最重要的高溫超導(dǎo)研究基地，在銅氧化物高溫超導(dǎo)體的研究中做出了一系列重要的研究成果，為人類理解和應(yīng)用超導(dǎo)體做出了中國人應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

中科大從上個(gè)世紀(jì)80年代以來，也一直在高溫銅氧化合物超導(dǎo)研究領(lǐng)域從事著重要的工作，并于1992年成立了中科大超導(dǎo)研究所，為我國在高溫超導(dǎo)領(lǐng)域的發(fā)展做出了重要的貢獻(xiàn)。同時(shí)，經(jīng)過中科大幾代人的努力堅(jiān)持，為我國培養(yǎng)并儲備了一批從事高溫超導(dǎo)研究的專業(yè)人才。