中国科学家发现新型超导材料特性

记者从浙江大学获悉,英国《自然》杂志北京时间29日发表浙江大学物理系教授袁辉球及其合作者的最新研究成果:在具有二维层状晶体结构的铁基超导体中发现超导态的“各向同性”,这是首次在二维层状的超导材料中报道三维的超导特性.《自然》杂志评审专家一致认为,这是超导研究领域一项非常独特而重要的发现, 将对研究铁基高温超导形成机理具有重要意义.

研制能量传输无损耗的室温超导体,引发一场新的能源革命——这个梦想已支持科学家探索了将近一个世纪.对物理学家来讲,弄清楚铁基超导材料是否类似于以前研究过的铜氧化合物高温超导体是一个很重要的问题.“假如不一样,那就意味着新材料的发现比预想的还要重要得多,也许能从中发现全新的超导机制.”诺贝尔奖获得者、美国普林斯顿大学理论物理学家菲利普·安德森这样预言.专家认为,新的铁基超导材料有可能会为探究高温超导机制提供一个更清晰的体系.

    长期致力于超导和极端条件物性研究的浙江大学教授袁辉球,在铁基超导材料发现后不久,就开始关注这类新型超导材料的奇特物性.作为美国拉斯阿拉莫斯国家强磁场实验室的用户,他成功申请到了该实验室脉冲磁铁的使用时间,于2008年4月开始深入研究铁基超导材料在脉冲强磁场下的物理行为.同时,袁辉球同国内多个样品制备小组开展了紧密合作,与本研究相关的超导材料由科学院物理所王楠林小组提供.

    经过数月研究,袁辉球等人发现铁基超导材料钡铁砷在低温的上临界磁场具有“各向同性”的特征,也就是说该材料的超导上临界磁场不依赖于外加磁场的方向,与先前二维层状超导体中所观察到的现象完全不同.

    之前基于铜氧化合物高温超导体的二维层状晶体结构,学界普遍认为维度的降低是形成高温超导的必备条件.袁辉球等人的研究则表明,低维的晶体结构可能更有利于高温超导的形成,但它并不是形成高温超导的唯一因素.袁辉球说,铁基超导材料虽然也具有二维层状的晶体结构,但其电子结构可能更接近于三维,铁基高温超导的形成应该与其独特的电子结构有关.

    此外,铁基超导材料还表现出许多与重费米子材料相类似的性质,特别是在磁与超导的相互作用方面.袁辉球推测,铁基超导材料可能是连接低温的重费米子超导与高温铜氧化合物超导的一个重要桥梁.他表示,现在还只是发现了一种新的现象,还需要科学家们进一步去弄清机理.

    该研究由浙江大学、美国拉斯阿拉莫斯国家实验室以及中国科学院物理所共同完成,浙江大学是第一作者单位,并得到了科技部、教育部、中国科学院以及国家自然科学基金的资助.

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