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正在舉行的2013年國家科學技術獎勵大會上，中國科學院物理研究所/中國科技大學“40K以上鐵基高溫超導體的發(fā)現(xiàn)及若干基本物理性質的研究”獲2013年度國家自然科學一等獎。這一獎項此前已連續(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（中國科學技術大學，以下簡稱“中國科大”）為代表的中國科學院物理研究所/北京凝聚態(tài)國家實驗室（籌）和中國科大研究團隊因為在“40K以上鐵基高溫超導體的發(fā)現(xiàn)及若干基本物理性質研究”方面的突出貢獻獲得了國家自然科學一等獎。

圖為鐵基高溫超導研究團隊

自2000年起，國家自然科學一等獎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)氧化物超導體的發(fā)現(xiàn)及研究”曾獲當年國家自然科學一等獎。

鐵基高溫超導體

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

在超導研究的歷史上，已經有10人獲得了5次諾貝爾獎，其科學重要性不言而喻。目前，超導的機理以及全新超導體的探索是物理學界最重要的前沿問題之一。同時，超導在科學研究、信息通訊、工業(yè)加工、能源存儲、交通運輸、生物醫(yī)學乃至航空航天等領域均有重大的應用前景，受到人們的廣泛關注。

近年來，國內外相繼研制成功了多種超導材料和超導應用器件，超導正在為人類的工作、學習和生活提供著便利。如高溫超導濾波器已被應用于手機和衛(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材料制成的；使用的超導量子干涉器件(SQUID)裝備在醫(yī)療設備上使用，大大加強了對人體心腦探測檢查的精確度和靈敏度；世界上首個示范性超導變電站也已在我國投入電網使用，它具備體積小、效率高、無污染等優(yōu)點，是未來變電站發(fā)展的趨勢。

超導在科學研究、信息通訊、工業(yè)加工、能源存儲、交通運輸、生物醫(yī)學乃至航空航天等領域均有重大的應用前景

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

1986年，兩名歐洲科學家發(fā)現(xiàn)以銅為關鍵超導元素的銅氧化物超導體，轉變溫度高于40K，因而被稱作為高溫超導體。但在上個世紀九十年代中后期，由于它們屬于陶瓷性材料，復雜的制作工藝使其大規(guī)模應用難以實現(xiàn)。國際物理學界傾向認為銅氧化物超導體能給出的信息基本上被挖掘殆盡，通過銅氧化物超導體探索高溫超導機理的研究遇到了瓶頸，國際上的相關研究也進入低谷。但中國超導研究所的研究人員們一直堅持在高溫超導研究領域默默耕耘。

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

中國科學家后來居上

中國科學家首先發(fā)現(xiàn)了轉變溫度40K以上的鐵基超導體，接著又發(fā)現(xiàn)了系列的50K以上的鐵基超導體。物理所和中科大的科學家們在鐵基高溫超導研究中引領了國際研究的熱潮。1989年，物理研究所“液氮溫區(qū)氧化物超導體的發(fā)現(xiàn)及研究”就曾獲當年國家自然科學一等獎。

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

趙忠賢院士的兩位研究生正在討論實驗數(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體系超導體，這對進一步探索高溫超導的內在物理機制和提高超導轉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院的終身教授職位，回國后的第二天就投入到了鐵基超導的研究當中。他首次在實驗上提出了鐵基超導體的能隙對稱性，解決了這個曾在銅氧化物超導體中被長時間爭論的問題。

物理所的任治安當時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變溫度在50K以上的鐵基超導體。

物理所王楠林研究組當時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)新超導體，還首次生長出了一批高品質的超導單晶樣品，推動了相關鐵基超導機理的研究。

世界上首個示范性超導變電站也已在我國投入電網使用

在五名獲得國家自然科學一等獎的科學家背后，有著一支龐大的研究團隊。他們反復強調說，自己只是中國科研人員中一個最最普通的集體。

截至2013年1月4日，鐵基超導體的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。相關成果被眾多國際知名學術刊物專門評述或作為亮點跟蹤報道。2013年2月，中國科學院國家科學圖書館統(tǒng)計顯示，世界范圍內鐵基超導研究領域被引用數(shù)排名前20的論文中，9篇來自中國，其中7篇來自該研究團隊。這一切都表明，該團隊在鐵基超導方面的研究，毫無疑問已經走在了世界的最前沿。

著名理論物理學家，美國佛羅里達大學Peter Hirschfeld教授說：“一個或許本不該讓我驚訝的事實就是，居然有如此多的高質量文章來自北京，他們確確實實已進入了這個（凝聚態(tài)物理強國）行列”；美國斯坦福大學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。”

高溫超導的研究基地

物理所對高溫超導的探索和研究歷史可以追溯到上世紀70年代。1986年，銅氧化物高溫超導體被發(fā)現(xiàn)。1987年物理所研究組獨立地發(fā)現(xiàn)了起始轉變溫度在100K以上的Y-Ba-Cu-O新型超導體。在此之前，世界上一切超導研究都必須采用昂貴并難以使用的液氦來使超導體達到轉變溫度，這對超導研究形成了巨大的障礙。物理所的這項成果把使用便宜而好用的液氮來達到超導轉變溫度變?yōu)楝F(xiàn)實，為超導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研究，并榮獲1989年國家自然科學一等獎。同年，經國家計委批準，物理所成立了超導國家重點實驗室。以“液氮溫區(qū)氧化物超導體的發(fā)現(xiàn)及研究”為代表，物理所作為中國最重要的高溫超導研究基地，在銅氧化物高溫超導體的研究中做出了一系列重要的研究成果，為人類理解和應用超導體做出了中國人應有的貢獻。

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