期刊-2023-09

2023年未来科学大奖--物质科学奖

文/本刊记者 段永利

2023年09月29日

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获  奖  人:赵忠贤  陈仙辉


获奖理由:对高温超导材料的突破性发现和对转变

                  温度的系统性提升做出了开创性贡献。



超导指的是某些材料在温度降低到某一临界温度,电阻突然消失并且不能被磁场穿过的现象,是一种宏观量子现象。摆脱超导应用的低温或高压环境限制,是科学家一直以来的梦想,承载着人类开启能源和信息革命的殷切期盼。超导材料科学已成为当今重要的科研领域,超导体可以用于大科学装置、军工、信息技术、生物医学、电力系统、交通运输等领域。

中国科学家曾两次在世界超导研究上大放异彩,最近的一次为2008年以赵忠贤为代表的中国科学院物理所、以陈仙辉为代表的中国科学技术大学关于“40K(-233.15℃)以上铁基高温超导体的发现及若干基本物理性质研究”。

2008年2月,致力于寻找透明导电氧化物材料的日本科学家细野秀雄意外发现在镧氧铁砷化合物中存在转变温度为26K(-247.15℃)的超导电性,打破了以往认为铁基超导不利于形成超导的迷思。

我国从事超导研究的科研人员敏锐地注意到了这篇文章。赵忠贤团队分析道:镧氧铁砷不是孤立的,26K的转变温度大有提升空间。由于此前的研究积累,物理所很快以另一种方法制备镧氧铁砷多晶样品,逐渐和国外研究组拉开差距,世界上数十家一流研究机构纷纷请求提供高质量的超导样品。

2008年3月,陈仙辉团队采用稀土元素替代方式,用钐替换镧,发现临界温度为43K(-230.15℃)的铁基化合物,突破了40K的“麦克米兰极限”,证明铁基超导体是继铜基超导后的又一类非常规高温超导体。

同年4月初,赵忠贤团队将该类铁砷化合物的临界温度提升至55K(-218.15℃),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,标志着铁基高温超导家族基本确立。

铁基超导体具有更加丰富的物理性质,井喷的成果产出让产业化脚步越迈越大。2016年,中国科学院电工研究所成功研制全球首根100米量级的122型铁基超导长线。尽管铁基超导家族远未实现人类的室温超导之梦,但其研究丰富了高温超导门类,有助于了解高温超导机制。

《科学》杂志“2008年度十大科学突破”、美国物理学会“2008年度物理学重大事件”及欧洲物理学会“2008年度最佳”……中国科学家的铁基超导体研究成了当年的年度大满贯。此外,《科学》发表了题为《新超导体将中国物理学家推到最前沿》的专题评述。著名理论物理学家,美国佛罗里达大学Peter Hirschfeld教授说:“一个或许本不该让我惊讶的事实就是,居然有如此多的高质量文章来自北京,他们确确实实已进入了这个(凝聚态物理强国)行列。”