高温超导临界电流测试仪

本报合肥12月19日电 记者从中科院合肥物质科学研究院获悉，即将用于人类首座热核聚变试验堆ITER的高温超导大电流引线的研发获重要进展。该院等离子体所的科研人员，在高温超导大电流引线试验中获得了通过90千安电流的成果。这是迄今世界各国获得的最高纪录。用于本次试验的电流引线是ITER协议签署后的第一个原型尺寸的重要部件。此举表明我国正在顺利执行ITER计划并迈出了关键一步。 　　ITER试验堆的超导电流引线系统又称超导馈线系统，是ITER及未来核聚变反应堆不可或缺的重要系统之一，其加工、制造的质量直接影响到将来ITER的主机磁体能否正常运行。按照ITER各参与国之间采购包的划分，中国将独立承担ITER所有超导馈线系统的设计与制造。ITER主机内部大型超导磁体线圈能产生稳定的磁场来约束等离子体，但为之供电、供冷及测量诊断的低温系统、电源系统以及控制测量系统等，却在主机外部而且距离较远，因此需要设置一个独立的磁体传输线系统即超导馈线系统，来连接磁体线圈与各子系统，实现磁体系统电流、低温冷却和数据信号等的传输。 　　符合ITER要求的是45—68千安的超大电流引线型超导馈线系统。这次用于试验的是一个符合ITER要求的原型尺寸的电流引线，这也是参加ITER计划的七国中第一个成功通过试验的原型尺寸的部件。这种高温超导大电流引线的成功研制，不但使中国可以按时交付ITER所需的超导馈线系统，而且有利于解决聚变堆巨型超导磁体致冷节能的科学问题。

2014年1月10日，国家科技奖励大会在人民大会堂隆重召开。中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平,中共中央政治局常委、国务院总理李克强等出席大会并为获奖科学家颁奖。 　　以赵忠贤、陈仙辉、王楠林、闻海虎、方忠为代表的中国科学院物理研究所/北京凝聚态国家实验室(筹)(以下简称&ldquo 物理所&rdquo )和中国科学技术大学(以下简称&ldquo 中国科大&rdquo )研究团队因为在&ldquo 40K以上铁基高温超导体的发现及若干基本物理性质研究&rdquo 方面的突出贡献获得了国家自然科学一等奖。之前，这一奖项已经连续3年空缺。 　　这也是继物理所在1989年&ldquo 液氮温区氧化物超导体的发现及研究&rdquo 获得国家自然科学一等奖以来，又一项高温超导研究领域的国际一流成果。 　　物理学中的璀璨明珠，未来应用的希望之星 　　超导，全称超导电性，是20世纪最伟大的科学发现之一，指的是某些材料在温度降低到某一临界温度，或超导转变温度以下时，电阻突然消失的现象。具备这种特性的材料称为超导体。 　　在超导研究的历史上，已经有10人获得了5次诺贝尔奖，其科学重要性不言而喻。目前，超导的机理以及全新超导体的探索是物理学界最重要的前沿问题之一。它仿佛是镶嵌在山巅的一颗璀璨明珠，吸引着全世界无数的物理学家甘愿为之攀登终生。同时，超导在科学研究、信息通讯、工业加工、能源存储、交通运输、生物医学乃至航空航天等领域均有重大的应用前景，受到人们的广泛关注。 　　也许大多数人还没有察觉到，其实超导已经或多或少地走进了人们的生活。近年来，国内外相继研制成功了多种超导材料和超导应用器件，超导正在为人类的工作、学习和生活提供着便利。如高温超导滤波器已被应用于手机和卫星通讯，明显改善了通信信号和能量损耗 世界上各医院使用的磁共振成像仪器(MRI)中的磁体基本上都是由超导材料制成的 使用的超导量子干涉器件(SQUID)装备在医疗设备上使用，大大加强了对人体心脑探测检查的精确度和灵敏度 世界上首个示范性超导变电站也已在我国投入电网使用，它具备体积小、效率高、无污染等优点，是未来变电站发展的趋势。 　　这些超导应用，在1911年荷兰物理学家Onnes发现超导的时候，人类绝对没有预测到它今天的应用。超导在未来可能给人类生活带来多大的变化，也将大大超乎我们今天的预期。若能发现室温超导体，人类生存所面临的能源、环境、交通等问题将迎刃而解。 　　中国成果震动学术界 　　物理学家麦克米兰根据传统理论计算断定，超导体的转变温度一般不能超过40K(约零下233摄氏度)，这个温度也被称为麦克米兰极限温度。 　　是否人类对超导的应用确实只能被限制在40K以下，还是麦克米兰使用的传统理论本身存在缺陷?40K麦克米兰极限温度是否可能被突破?为了探索这个问题，世界各地的科学家们做了无数次尝试。1986年，两名欧洲科学家发现以铜为关键超导元素的铜氧化物超导体，转变温度高于40K，因而被称作为高温超导体。2007年10月以来，王楠林、陈根富研究组就尝试生长LaOFeP和LaOFeAs单晶样品，并计划开展其他稀土替代物CeOFeAs等材料的合成。2008年2月下旬，日本化学家细野(Hosono)报道在四方层状的铁砷化合物：掺F的LaOFeAs中存在转变温度为26K的超导电性。之后，中国的铁基超导研究工作像井喷一样。中国科学家首先发现了转变温度40K以上的铁基超导体，接着又发现了系列的50K以上的铁基超导体。与铜氧化物高温超导体不同，初步的研究表明，铁基超导体在工业上更加容易制造，同时还能够承受更大的电流，这为应用奠定了基础。但与此同时，铁基超导体性质极为复杂，对科研人员的理论功底和实验技能都提出了更高的要求。 　　为了彻底揭开高温超导的原理，探索和寻找到临界温度更高、更能广泛应用于实际生产生活、惠及千家万户的超导体，物理所和中科大的科学家们在铁基高温超导研究中引领了国际研究的热潮。国际知名科学刊物Science刊发了&ldquo 新超导体将中国物理学家推到最前沿&rdquo 的专题评述，其中这样评价道：&ldquo 中国如洪流般涌现的研究结果标志着，在凝聚态物理领域，中国已经成为一个强国&rdquo 。同时铁基超导体工作研究被评为美国Science杂志&ldquo 2008年度十大科学突破&rdquo 、美国物理学会&ldquo 2008年度物理学重大事件&rdquo 及欧洲物理学会 &ldquo 2008年度最佳&rdquo 。 　　2013年2月，中国科学院国家科学图书馆统计显示，世界范围内铁基超导研究领域被引用数排名前20的论文中，9篇来自中国，其中7篇来自该研究团队。这一切都表明，该团队在铁基超导方面的研究，毫无疑问已经走在了世界的最前沿。 　　高温超导的研究基地 　　物理所对高温超导的探索和研究历史可以追溯到上世纪70年代。1986年，铜氧化物高温超导体被发现。1987年物理所研究组独立地发现了起始转变温度在100K以上的Y-Ba-Cu-O新型超导体。在此之前，世界上一切超导研究都必须采用昂贵并难以使用的液氦来使超导体达到转变温度，这对超导研究形成了巨大的障碍。物理所的这项成果把使用便宜而好用的液氮来达到超导转变温度变为现实，为超导研究开辟了一片崭新的天地，大大方便和加速了全世界的高温超导研究，并荣获1989年国家自然科学一等奖。同年，经国家计委批准，物理所成立了超导国家重点实验室。 以&ldquo 液氮温区氧化物超导体的发现及研究&rdquo 为代表，物理所作为中国最重要的高温超导研究基地，在铜氧化物高温超导体的研究中做出了一系列重要的研究成果，为人类理解和应用超导体做出了中国人应有的贡献。 　　中科大从上个世纪80年代以来，也一直在高温铜氧化合物超导研究领域从事着重要的工作，并于1992年成立了中科大超导研究所，为我国在高温超导领域的发展做出了重要的贡献。同时，经过中科大几代人的努力坚持，为我国培养并储备了一批从事高温超导研究的专业人才。 　　铜氧化物高温超导体在人类超导研究的历史上发挥了重要的作用，但它们属于陶瓷性材料，复杂的制作工艺使其大规模应用难以实现。上个世纪九十年代中后期，国际物理学界倾向认为铜氧化物超导体能给出的信息基本上被挖掘殆尽，通过铜氧化物超导体探索高温超导机理的研究遇到了瓶颈。 　　机遇和有准备的头脑 　　铜氧化物高温超导体研究进入瓶颈期以后，国际上的相关研究进入低谷，在各种学术期刊，特别是那些高影响因子的期刊上发表高温超导的论文变得愈发困难。国内的高温超导研究因此遭受了打击，相关研究人员纷纷转到其他领域。 　　物理所很早认识到评价科学研究的关键是工作本身的科学意义，而非论文数量或影响因子。高温超导具有极高的科学重要性和广泛的应用前景，探索新型高温超导材料，开辟更多的高温超导研究蹊径，才是应对瓶颈期的正确态度。在这样的评价机制下，物理所顶着&ldquo 没有好文章&rdquo 的压力坚持高温超导研究，为将来的科学突破做好了准备。与此同时，以陈仙辉为代表的中科大超导研究所的研究人员也一直坚持在高温超导研究领域默默耕耘，并保持着对高温超导二十年如一日的研究热情，并与物理所的同行建立了良好的合作研究，为后来的铁基超导研究奠定了合作基础。 　　基于长期的超导研究，物理所赵忠贤院士等从事超导研究的科研人员认为在某些具有特殊磁或电荷性质的层状结构体系中可能存在高温超导体，并一直不懈探索。2008年2月下旬，日本化学家细野(Hosono)报道在四方层状的铁砷化合物：掺F的LaOFeAs中存在转变温度为26K的超导电性。虽然这个转变温度仍然低于40K，但它立刻引起了物理所人的注意。由于铁的3d轨道电子通常倾向形成磁性，在该种结构体系中出现26K超导则非同寻常，有可能具有非常规超导电性。以赵忠贤院士为首，大家一致认为：LaOFeAs不是孤立的，26K的转变温度也大有提升空间，类似结构的铁砷化合物中很可能存在系列高温超导体。必须抓住机遇，全力以赴! 　　突破极限，勇攀新高 　　由于最早发现的铁基超导样品转变温度只有26K，低于麦克米兰极限，当时的国际物理学界对铁基超导体是不是高温超导体举棋不定。中科大陈仙辉研究组和物理所王楠林研究组同时独立在掺F的SmOFeAs和CeOFeAs中观测到了43K和41K的超导转变温度，突破了麦克米兰极限，从而证明了铁基超导体是高温超导体。这一发现在国际上引起了极大的轰动，标志着经过20多年的不懈探索，人类发现了新一类的高温超导体。 　　为了进行更加系统和深入的研究，必须合成一系列的铁基超导材料才能提供全面、细致的信息。物理所的赵忠贤组利用高压合成技术高效地制备了一大批不同元素构成的铁基超导材料，转变温度很多都是50K以上的，创造了55K的铁基超导体转变温度纪录并制作了相图，被国际物理学界公认为铁基高温超导家族基本确立的标志。 　　中科大陈仙辉组在突破麦克米兰极限后，又对电子相图和同位素效应进行了深入研究，发现在相图区间存在超导与磁性共存和超导电性具有大的铁同位素效应，这些现象后来都被证明是大多数铁基超导体的普适行为，对理解铁基超导体的超导机理提供了重要的实验线索。另外，陈仙辉组发展了自助溶剂方法，生长出高质量的单晶，为后续的物性研究奠定了基础。 　　物理所王楠林组从实验数据出发，猜测LaOFeAs在低温时有自旋密度波或电荷密度波的不稳定性，超导与其竞争。闻海虎小组合成了首个空穴型为主的铁基超导体。方忠与实验工作者深入合作，进一步加强了有关物性研究。方忠及其合作者计算了LaOFeAs的磁性，并且得到了和猜测一致的不稳定性，做出了&ldquo 条纹反铁磁序自旋密度波不稳定性与超导竞争&rdquo 的判断。这一预言随后被国外同行的中子散射实验证实。在当前的铁基超导机理研究中，自旋密度波不稳定性同超导的关系已经成为最主流的方向。 　　截至2013年1月4日，铁基超导体的8篇代表性论文SCI共他引3801次， 20篇主要论文共SCI他引5145次。相关成果在国际学术界引起强烈反响，被Science、 Nature、 Physics Today、Physics World等国际知名学术刊物专门评述或作为亮点跟踪报道。著名理论物理学家，美国佛罗里达大学Peter Hirschfeld教授说：&ldquo 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&rdquo 美国斯坦福大学Steven Kivelson教授说：&ldquo 让人震惊的不仅是这些成果出自中国，重要的是它们并非出自美国。&rdquo 　　默默无闻，无私奉献 　　在五名获得国家自然科学一等奖的科学家背后，有着一支庞大的研究团队。他们虽然默默无闻，但所做的杰出贡献都在铁基超导体的研究中熠熠闪光。 　　当已经发现的铁基超导体系不断产出优秀论文的时候，物理所的靳常青&ldquo 要走别人没走过的路，要做出自己的新体系&rdquo 。他通过不懈地尝试和探索，在铁基超导体1111体系和122体系之外，找到了第三种全新的以LiFeAs为代表的111体系超导体，引起了强烈的国际反响。LiFeAs的自旋密度波性质和其他体系有着明显的不同，这对进一步探索高温超导的内在物理机制和提高超导转变温度都有重要的意义。 　　丁洪是国家第一批&ldquo 千人计划&rdquo 入选者。他放弃了美国波士顿学院的终身教授职位毅然回国后的第二天就投入到了铁基超导的研究当中。当时，丁洪在国内的实验室还没有建成，他拿着样品跑到日本完成了测量，首次在实验上提出了铁基超导体的能隙对称性，解决了这个曾在铜氧化物超导体中被长时间争论的问题。 　　任治安当时是赵忠贤组的主要成员之一，之前也是赵忠贤的博士生，直接与其他80后一起合成了一系列转变温度在50K以上的铁基超导体。 　　王楠林研究组当时有一员干将名叫陈根富，2007年10月回国加入该组后，即着手开展了LaFeAsO等铁砷超导材料的探索合成工作。他不但率先发现了41K的CeFeAs(O,F)新超导体，还首次生长出了一批高品质的超导单晶样品，推动了相关铁基超导机理的研究。 　　就是这样一群值得世人崇敬的科学家，积极进取，努力拼搏，淡泊名利，勇攀高峰，让世界对中国竖起了大拇指。而在我们满怀着景仰之情采访他们的时候，他们却一点也不觉得自己做了什么了不起的事情。就像赵忠贤院士说的那样，&ldquo 荣誉归于国家，成绩属于集体，个人只是其中的一分子&rdquo 是每一个物理所人心中的信条。他们还反复强调说，自己只是中国科研人员中一个最最普通的集体。我们相信，和他们一样优秀和勤奋，乐于奉献，有志报国的科学家在中国的各个地方、各个领域还有很多，都在等待着厚积薄发，破茧而出的那一刻。 　　民生超导，强国超导 　　百余年长盛不衰的超导研究历史，表明新超导体探索存在广阔的空间，特别是铁基高温超导体的发现也为潜在的重大应用提供了全新的材料体系。无论是比高铁快近一倍的超导磁悬浮列车，比现有计算机快数十倍的超导计算机，还是基于超导技术的导弹防御和潜艇探测系统，都将在不远的未来走进我们的生活、生产和国防。超导，这项二十世纪初的伟大科学发现，必将在二十一世纪改变每一个人的生活。 　　习近平总书记在考察中科院时，提出了&ldquo 率先实现科学技术跨越发展，率先建成国家创新人才高地，率先建成国家高水平科技智库，率先建设国际一流科研机构&rdquo 的明确要求和殷切期望，为中科院引领支撑创新驱动发展战略，全面深化科研体制改革，取得科技跨越发展，建设一流科研机构指明了方向。世界科技的竞争已经演化为国家综合实力的竞争，物理研究所放眼前沿，勇争一流，铁基高温超导只是他们科技强国梦里的一个片段。许许多多这样的片段连接起来，就可以被谱写成中华民族伟大复兴的感人篇章。

项目编号：M4400000707015234001项目名称：手套箱与电流电压测试仪等设备采购(四次)采购方式：公开招标预算金额：2,128,500.00元采购需求：合同包1(金相显微镜探针台等设备采购):合同包预算金额：2,128,500.00元品目号品目名称采购标的数量（单位）技术规格、参数及要求品目预算(元)最高限价(元)1-1其他专用仪器仪表金相显微镜探针台1(套)详见采购文件199,000.00-1-2其他专用仪器仪表高温分析探针台1(套)详见采购文件158,000.00-1-3其他专用仪器仪表探针台5(套)详见采购文件245,000.00-1-4其他专用仪器仪表电容电压特性测试仪5(套)详见采购文件180,000.00-1-5其他专用仪器仪表电流电压测试仪10(套)详见采购文件500,000.00-1-6其他专用仪器仪表少子寿命测试仪5(套)详见采购文件150,000.00-1-7其他专用仪器仪表霍尔效应测试仪5(套)详见采购文件27,500.00-1-8其他专用仪器仪表四探针测试仪5(套)详见采购文件115,000.00-1-9其他专用仪器仪表晶体管图示仪5(套)详见采购文件45,000.00-1-10其他专用仪器仪表数字荧光示波器16(套)详见采购文件496,000.00-1-11其他专用仪器仪表万用表10(套)详见采购文件13,000.00-本合同包不接受联合体投标合同履行期限：自合同签订之日起至质保期满之日

图为赵忠贤研究组。 赵忠贤院士的两位研究生正在讨论实验数据。 　　正在举行的2013年国家科学技术奖励大会上，中国科学院物理研究所/中国科技大学&ldquo 40K以上铁基高温超导体的发现及若干基本物理性质的研究&rdquo 获2013年度国家自然科学一等奖。 　　以赵忠贤、陈仙辉、王楠林、闻海虎、方忠为代表的中国科学院物理研究所/北京凝聚态国家实验室(筹)(以下简称&ldquo 物理所&rdquo )和中国科学技术大学(以下简称&ldquo 中国科大&rdquo )研究团队因为在&ldquo 40K以上铁基高温超导体的发现及若干基本物理性质研究&rdquo 方面的突出贡献获得了国家自然科学一等奖。之前，这一奖项已经连续3年空缺。 　　自2000年起，国家自然科学一等奖13年里有9次空缺，目前已连续空缺3年。1989年，物理研究所&ldquo 液氮温区氧化物超导体的发现及研究&rdquo 曾获当年国家自然科学一等奖。 　　■ 事实+ 　　什么是&ldquo 铁基高温超导&rdquo ? 　　超导，全称超导电性，是20世纪最伟大的科学发现之一，指的是某些材料在温度降低到某一临界温度，或超导转变温度以下时，电阻突然消失的现象。具备这种特性的材料称为超导体。 　　物理学家麦克米兰根据传统理论计算断定，超导体的转变温度一般不能超过40K(约零下233摄氏度)，这个温度也被称为麦克米兰极限温度。 　　中国科学家首先发现了转变温度40K以上的铁基超导体，接着又发现了系列的50K以上的铁基超导体。 　　在超导研究的历史上，已经有10人获得了5次诺贝尔奖，其科学重要性不言而喻。目前，超导的机理以及全新超导体的探索是物理学界最重要的前沿问题之一。同时，超导在科学研究、信息通讯、工业加工、能源存储、交通运输、生物医学乃至航空航天等领域均有重大的应用前景，受到人们的广泛关注。 　　物理所和中科大的科学家们在铁基高温超导研究中引领了国际研究的热潮。1989年，物理研究所&ldquo 液氮温区氧化物超导体的发现及研究&rdquo 就曾获当年国家自然科学一等奖。 　　五位获奖科学家成果丰硕 　　上个世纪九十年代中后期，国际物理学界倾向认为铜氧化物超导体能给出的信息基本上被挖掘殆尽，通过铜氧化物超导体探索高温超导机理的研究遇到了瓶颈，国际上的相关研究也进入低谷。但超导研究所的研究人员们一直坚持在高温超导研究领域默默耕耘。 　　这些年来，铁基超导体系不断产出优秀论文，引起了强烈的国际反响。物理所的靳常青找到了第三种全新的以LiFeAs为代表的111体系超导体，这对进一步探索高温超导的内在物理机制和提高超导转变温度都有重要的意义。 　　丁洪放弃了美国波士顿学院的终身教授职位，毅然回国后的第二天就投入到了铁基超导的研究当中。他首次在实验上提出了铁基超导体的能隙对称性，解决了这个曾在铜氧化物超导体中被长时间争论的问题。 　　任治安当时是赵忠贤组的主要成员之一，之前也是赵忠贤的博士生，直接与其他80后一起合成了一系列转变温度在50K以上的铁基超导体。 　　王楠林研究组当时有一员干将名叫陈根富，2007年10月回国加入该组后，即着手开展了LaFeAsO等铁砷超导材料的探索合成工作。他不但率先发现了41K的CeFeAs(O,F)新超导体，还首次生长出了一批高品质的超导单晶样品，推动了相关铁基超导机理的研究。 　　在五名获得国家自然科学一等奖的科学家背后，有着一支庞大的研究团队。他们反复强调说，自己只是中国科研人员中一个最最普通的集体。 　　截至2013年1月4日，铁基超导体的8篇代表性论文SCI共他引3801次， 20篇主要论文共SCI他引5145次。相关成果被众多国际知名学术刊物专门评述或作为亮点跟踪报道。 　　著名理论物理学家，美国佛罗里达大学Peter Hirschfeld教授说：&ldquo 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&rdquo 美国斯坦福大学Steven Kivelson教授说：&ldquo 让人震惊的不仅是这些成果出自中国，重要的是它们并非出自美国。&rdquo

日前，记者从中科院电工研究所获悉，该所王秋良研究组采用自主研发的高温内插磁体技术，将YBCO内插磁体在15T超导背场下的中心磁场提高到了24@4.2K，使得我国成为继美国、日本、韩国之后实现24T全超导磁体的国家。　　与Bi2223内插超导磁体相比，YBCO超导磁体具有更高的上临界磁场和临界电流，运行稳定性更高，更易获取极高磁场。目前仅有美国国家高场实验室、日本东北大学高场实验室以及韩国的一家超导公司能够实现24T以上全超导磁体。　　王秋良研究组采用YBCO带材研制高场内插磁体。研究人员采用分级设计的方式提高了整个线圈的安全裕度，并通过特殊设计的焊接装置制作了性能优良的磁体接头，制作的内插磁体在液氮测试条件下当运行电流为32A时，中心磁体达到了1.62T@77K。而在液氦测试条件下，内插磁体在运行电流为167A时，在15T的超导背场中产生了9T的中心磁场，从而实现了中心场为24T的全超导磁体，其最高场为24.3T。　　24T极高场全超导磁场的实现，标志着我国在研制高场内插磁体方面走在了世界前列，也标志着我国逐步吸收和掌握了极高场磁体的制作技术并积累了丰富的经验，为实现GHz级别的谱仪磁体和极高场大科学装置奠定了基础。

&ldquo 拿奖既是荣誉，也是负担。拿了奖很不好意思，那么多人做了贡献，我只是替大家拿奖杯&rdquo ，73岁的中国科学院院士赵忠贤说着，看了看围坐在身边的同伴。 　　以赵忠贤、陈仙辉、王楠林、闻海虎、方忠为代表的中国科学院物理研究所(以下简称&ldquo 物理所&rdquo )和中国科学技术大学(以下简称&ldquo 中科大&rdquo )研究团队，因在&ldquo 40K以上铁基高温超导体的发现及若干基本物理性质研究&rdquo 方面有突出贡献，10日在北京获得2013年度国家自然科学一等奖。在此之前，该奖已连续空缺3年。 　　通过国家科学技术奖励工作办公室了解到，超导是21世纪能源领域战略性的技术储备之一。物理所和中科大研究团队经过长期积累与合作，首次突破麦克米兰极限温度(40K)，确定铁基超导体为新一类高温超导体，为促进凝聚态物理学科发展和超导应用的实现做出了先驱性和开创性的贡献。 　　然而在受访时提起学科贡献，研究团队便有挥之不去的遗憾。他们说，日本化学家细野秀雄在2008年2月报道临界温度26K的LaFeAsO1-xFx超导体，从时间节点来看确实比中国先行一步。 　　&ldquo 当时我们也在进行制备工作，由于种种限制，没能冲上去&rdquo ，贡献代表之一、常年从事相关工作的超导国家重点实验室SC10研究组组长陈根富懊恼地说，他曾在2007年尝试制备高品质的超导单晶样品。 　　赵忠贤亦透露，团队早于1994年就开始着手研究类似于铁基超导体的结构，但因未能大胆尝试铁金属而错失良机。&ldquo 所以当日本学者有所发现时，我们不会再丢失机会，就毫不犹豫地继续做&rdquo ，他说。 　　受此精神鼓舞，同时基于20多年的积累，中国铁基超导研究成果逐渐形成&ldquo 井喷&rdquo ，其中包括此次得奖的中科大陈仙辉研究组和物理所王楠林研究组&mdash &mdash 他们同时独立观测到43K和41K的超导转变温度，证明铁基超导体是高温超导体。国际刊物《Science》(科学)撰文称&ldquo 在凝聚态物理领域，中国已成为一个强国&rdquo 。 　　&ldquo 现在但凡有关铁基超导体的国际会议必有我们团队的人参与，我们每隔几天就会有崭新的成果呈现给学术界&rdquo ，赵忠贤自豪地说，他们也与美国普林斯顿大学等国外机构开展合作。 　　此外，铜氧化物高温超导体本已应用于科学研究、信息通讯、工业加工、能源存储、交通运输、生物医学及航空航天等领域，但它们是陶瓷性材料，复杂的制作工艺使其大规模应用受到限制。赵忠贤表示，在工业上更易于制造的铁基超导体势必在上述领域发挥功效，比如改善通话质量、制造计算机芯片、改进磁悬浮列车等。 　　值得一提的是，物理所早在1989年就曾以&ldquo 液氮温区氧化物超导体的发现及研究&rdquo 获得国家自然科学一等奖，赵忠贤也是其中一员。回忆往昔，他感慨因该学科一度遇到瓶颈，致使一批优秀人才无奈离开，&ldquo 真想让每一位曾从事超导研究的贡献者都得到一枚勋章&rdquo 。 　　&ldquo 如今超导研究重掀热潮，又有一批优秀的年轻人加入科研队伍&rdquo ，赵忠贤寄语他们能扎扎实实做好本职工作，&ldquo 安得下心、沉得住气、耐得住寂寞&rdquo ，让超导研究牢牢扎根中国。 　　追溯超导研究历史，已有10人获得了5次诺贝尔奖，中新社记者顺势将&ldquo 诺贝尔奖情结&rdquo 的话题抛给研究团队。 　　&ldquo 我不愿谈这件事&rdquo ，赵忠贤低声说，他不想基于诺贝尔奖评判工作，&ldquo 能否拿诺贝尔奖，应该是水到渠成、水涨船高&rdquo ，更重要的是不断拿出原创高质量工作，不再出现遗憾。 　　坐在他旁边的获奖者代表之一、物理所研究员方忠也补充道，&ldquo 科学研究有时跳跃，有时曲折，很难想象一步到位&rdquo 。他说，团队基于兴趣，为科学发展和社会进步而埋头科研，&ldquo 拿奖是后期的认可，有了积累自然会得到国际认可&rdquo 。

本文由知社学术圈（zhishexueshuquan）授权转载 【摘 要】近日，中国人民大学于伟强教授研究组和清华大学于浦教授（Quantum Design产品用户）研究组与国内同行合作，利用离子液体栅技术实现了铁基超导材料的氢化，并成功获得非易失性电子掺杂下的超导电性。该工作次将FeS材料的超导转变温度由5K提高到18K，突破了铁基超导核磁共振实验长久以来的困境，开辟了超导电性探索的新途径。 相关成果以题为“Protonation induced high-Tc phases in iron-based superconductors evidenced by NMR and magnetization measurements”发表在了2018年1月1日出版的Science Bulletin上 (Science Bulletin 63, 11-16(2018))[1]。为什么氢化能够实现超导？该研究方法的出现意味着什么？ 罗会仟 | 中国科学院物理研究所 副研究员 科普作家【1、氢与超导结亲情】氢，是自然界轻的元素，仅含有一个质子和一个电子。氢是自然界重要的元素之一，因为氢和氧构成了水，才孕育了万物生灵。氢也是科学研究重要的起点，量子力学的成功，正是从氢原子起步的。超导，是一种神奇的宏观量子凝聚现象，在一定温度以下，某些材料电阻会降为零，同时出现完全抗磁性。超导的本质来源于材料中电子的两两配对，正所谓“男女搭配、干活不累”，配对的电子能够实现无阻碍的导电。只是，对于大部分超导材料，都要降到足够低的温度之下才能超导，称之为超导临界温度。如何提高超导临界温度，以及如何理解超导微观机理，成为超导研究的核心目标[2]。长久以来，科学家执着地认为氢单质就有希望实现室温下的超导电性，但条件是其苛刻的——需要在超高压力下将其金属化，这个压力约等于地球内部压力，在百万个大气压之上！实现如此高的静止压力只有一个办法，就是冒着爆炸的危险，用两块金刚石对可劲儿压。虽然有科学家宣称找到了金属氢，然而却在测定其超导电性过程中不慎失手打碎了金刚石[3]。德国科学家也在氢的硫化物中找到了203K的超导电性，但需要在200万个大气压下[4]！如此大得不得了的压力，谈应用前景是几乎不可能的了。氢与超导之间千丝万缕的联系，始终萦绕在科学家的脑海。 图1. 超高压下的金属氢[3] 【2、中式炒菜下的高温超导】超导材料的探索，被科学家戏称为“中式炒菜”——把几类元素单质或化合物经过一定的配比混合，经过高温烧结等工序，就能得到超导体。正如鲁、川、粤、苏、浙、闽、湘、徽等八大菜系一样，超导材料也因为炒菜原料和方式不同，有着不同的体系，包括金属单质、合金、氧化物、硫化物、有机物等多种形式的材料。这些“菜品”口味不一，物理性质千差万别，超导临界温度也各有千秋。上世纪80年代，一类新的铜氧化物超导体被发现，因为它们突破了当时理论预言的40K限，被称之为“高温超导体”[2][5]。历经30余年，许多铜氧化物高温超导体被发现，大地推进了超导研究的历史进程。到了2008年，新一类高温超导体再次被发现，它们是“铁基超导体”家族，以铁砷化物、铁硒化物和铁硫化物为主，块体临界温度可达55K，单原子层薄膜临界温度突破了65K，并且有可能走向更高[6]。高温超导貌似一个普遍物理现象，可人们却仍不知甚解。两类高温超导体都有一个共同特征，那就是需要高超的炒菜手艺。不仅仅是简单的原料混合，也需要把握火候(温度)和工艺。难之处在于，需要加一定的诸如糖、盐、醋、酱油、味精、花椒等调料，把口味调对了，才能出现的超导。这个调料，就是化学掺杂，通过元素替换或者原子缺陷，人为给增加电流的载体——电子或空穴，低温下的大量配对才会出现超导。铜氧化物高温超导体的母体本身是一个带有反铁磁性的缘体，然而掺杂可以将其调到金属导体状态，再降温后就成为超导体。如果炒得一手好菜，超导临界温度在常压下高能达到135K左右，离室温300K还有一定距离，然已经比单质金属要“有滋有味”多了(如金属铝为1.4K、金属汞为4.2K、金属铌为9K)[7]。调料加多了，也有烦恼。吃起来很香很美很有味儿，却难以搞明白是哪个调料起到了关键作用，或者调料复合下究竟是一个什么机制。因为载流子掺杂效应其复杂，比如改变材料的晶体结构、磁性、电性、热力学性质等等，许多现象已经超越了我们已有的理论框架体系。高温超导的微观机理问题，多年来也一直是个科学之谜，成为了凝聚态物理皇冠上的耀眼明珠。 图2. 铜基和铁基高温超导体的掺杂相图[2] 【3、喝水与酗酒的超导体】在其他科学家满头大汗忙着炒菜寻找超导体的时候，某些人也剑走偏锋，玩起了蒸包子超导体和酗酒超导体。例如一类钴氧化物本身难以超导，但是经过蒸笼里历练历练，把水分掺进去之后，它就超导了[8]！又如，一类铁硫化物材料超导性能往往很差，把它泡在各种酒里面喝高了之后，它就超导了！而且这家伙还酒品高雅，喜欢法国某酒庄某年份的某品牌红葡萄酒，光喝酒精反而不行[9]！无论是水还是酒，里面隐藏的奥秘，或许是传说中的氢？图3. 喝水的超导体NaxCoO2和喝酒的超导体FeTe0.8S0.2[8][9] 【4、洗澡蟹里出超导】 话说喝水和喝酒都能超导，给某些材料洗洗澡，是否也可以超导了呢？就像某湖水里的大闸蟹，洗洗涮涮再贴个标签，立马身价倍增，已是众所周知的秘密。给铁基超导材料洗洗澡，结果会怎么样？中国科学家还真就这么干了！确切地说，是给铁硫化物泡了个温泉。该泉水可不一般，是一堆“离子液体”，里面充满了多种带电离子。用铂丝做阳，要泡澡的材料做阴，加上栅电压。于是，离子液体里的氢离子，就在电作用下，呼啦啦涌到材料表层，甚至渗入内部。氢离子(质子)带正电，注入到材料中后为保持电中性，大量电子也就涌入到材料内部，从而使得材料实际上掺杂了更多的电子。电子掺杂让原本只有5K超导的FeS变成了18K超导，而FeSe0.97S0.03则出现了42.5K的超导，甚至完全不超导的BaFe2As2母体材料，也出现了20K的超导！原本需要进行元素替换的化学掺杂，这里通过“洗澡”方式注入氢离子，也同样实现掺杂后的超导，而且材料的晶体结构并未发生改变。真是“氢我一下就超导”！ 【5、氢云之上有玄妙】 利用栅电压来改变材料中的载流子数量/浓度，并不是什么新的发明。实际上，半导体材料玩的就是这一套。在半导体PN结里，通过偏压控制电流通过或者不通过可以做逻辑电路元件，通过控制电子-空穴对湮灭可以实现LED光学元件[10]。必须注意的是，超导体中的载流子浓度，与半导体相比，可是天壤之别，前者要大7-8个数量。毫无疑问，载流子浓度越高，参与导电的粒子就越多，导电性才会越好。指挥一支敢死队的方法，不一定适用于千军万马对阵。利用离子液体或离子固体门电压调控，也是可以调节超导体表面的电子浓度的。中国科学家前几年就发现，FeSe薄层材料原本临界温度只有9K，在离子门调节载流子后，迅速提升到了46K[11]。这种技术靠的是在材料表面覆盖一层离子，通过偏置电压让离子聚集在表面，体内电荷就会重新分布，造成掺杂效应。产生的效应尺度有限，撤掉偏压会失去效应，调控掺杂浓度有限，是该方法的缺点。如果直接把离子打入材料内部呢？清华大学的于浦教授想到了电化学方法。干脆把材料当做电本身，在离子液体里加上电压，离子就会注入或离开材料，从而实现电子或空穴掺杂。经过摸索，他们先在氧化物材料实现了电化学离子注入。只要控制好温度和电压，就能无损害材料本身而调节其物性，并且过程是可逆的！中国人民大学的于伟强教授主要做核磁共振研究，多年以来的梦想就是实现高温超导体的注氢。因为核磁共振对同位素有大的选择性，高温超导体里面含有的元素要么不合适做实验，要么需要的同位素贵无比，注入核磁共振信号强的氢离子是合适不过了。于浦教授的方法和于伟强教授想法一拍即合，于是“二于配合”顺利把氢离子搞定进入超导体。图4. 注氢铁基超导实验原理、结果及主要研究人员：崔祎、于浦、于伟强等（于伟强提供）神奇的一幕就此揭开了，铁基超导的性能获得了大幅度的提升！同样“注氢超导”也是可逆的，且几乎不改变材料结构，同时可以撤离“洗澡水”依然保留超导。这意味着，该新型超导调控手段可以避免之前化学掺杂带来的麻烦，不仅为核磁共振，也为其他超导探测手段提供了连续可控的干净样品。无论是超导材料还是超导机理的研究，都将为此受益！目前，他们正在和国内的合作者一起，试图在更多的材料里面实现注氢超导，终将在攀登超导研究之峰上，开辟出一条崭新的道路！ 【致谢】 感谢中国人民大学于伟强教授、清华大学于浦教授、Science Bulletin编辑邹文娟等人对此文的修改和帮助。 【参考文献】 [1]. Y. Cuiet al.,Science Bulletin 63, 11-16(2018) [2]. 罗会仟, 周兴江, 神奇的超导, 现代物理知识, 24(02), 30-39 (2012).[3]. R. P. Dias, I. F. Silvera, Science 355(6326), 715-718(2017).[4]. A. P. Drozdov et al., Nature 525, 73-76 (2015).[5]. J. G. Bednorz and K. A. Müller, Z. Phys. B. 64, 189 (1986).[6]. 罗会仟, 铁基超导的前世今生, 物理, 43(07), 430-438(2014).[7]. A. Schilling et al., Nature 363, 56-58(1993).[8]. K.Takada et al., Nature 422, 53-55(2003).[9] K.Deguchi et al.,Supercond. Sci. Technol. 24, 055008(2011).[10]. 黄昆, 谢希德, 《半导体物理学》, 科学出版社, 2012.[11]. B. Lei et al., Phys. Rev. Lett. 116, 077002 (2016).[12]. N. Lu et al.,Nature 546, 124–128 (2017). 【相关产品及链接】mpms3-新一代磁学测量系统：http://www.instrument.com.cn/netshow/sh100980/c17089.htmppms 综合物性测量系统：http://www.instrument.com.cn/netshow/sh100980/c17086.htm完全无液氦综合物性测量系统 dynacool：http://www.instrument.com.cn/netshow/sh100980/c18553.htm多功能振动样品磁强计 versalab 系统：http://www.instrument.com.cn/netshow/sh100980/c19330.htm超精细多功能无液氦低温光学恒温器：http://www.instrument.com.cn/netshow/sh100980/c122418.htm低温热去磁恒温器：http://www.instrument.com.cn/netshow/sh100980/c201745.htmmicrosense 振动样品磁强计：http://www.instrument.com.cn/netshow/sh100980/c194437.htm智能型氦液化器 (ATL)：http://www.instrument.com.cn/netshow/sh100980/c180307.htm

9月12日，位于山东荣成石岛湾的高温气冷堆商业示范电站1号反应堆首次达到临界状态。此举标志着我国具有完全自主知识产权的、具有第四代核电特征的高温气冷堆商业示范电站正式开启带核功率运行，为今年底并网发电奠定了基础，进一步巩固了我国在这一领域的国际领先地位。山东荣成石岛湾高温气冷堆核电商业示范电站于2012年底开工建设，是全球首座球床模块式高温气冷堆，装机容量20万千瓦。在国家科技重大专项支持下，攻克多项世界性核能行业关键技术，设备国产化率达93%以上，具有第四代核电的固有安全性特征，在发电、制氢、高温工艺热生产等领域具有广阔应用前景。

p 　　近日，中国科学院电工研究所超导磁体及强磁场应用研究部王秋良团队采用自主研发的高温内插磁体技术研制的超导磁体产生了27.2T的中心磁场，这是由全超导磁体产生的世界第二高磁场。第一高磁场由日本理化技术研究所于2016年1月创造，测试结果为27.6T。 /p p 　　与其它高温超导带材制作的内插超导磁体相比，REBCO超导体因其抗拉伸强度高和高磁场下优异的载流特性，使得它适宜于绕制极高场超导磁体，但ReBCO带材的结构是层状的，在极高场条件下由于应力集中可能会出现分层的现象，导致磁体损伤，不能稳定运行。 /p p 　　王秋良团队致力于研究极高场内插磁体技术研究。针对ReBCO极高场内插磁体的应力集中问题，相继采用特制的绑扎装置对磁体外层导线予以保护，调整内插磁体线圈的分层结构降低REBCO导线上的应力水平，并利用分级设计的方式提高内插磁体的安全裕度等技术方式，使内插磁体的运行裕度得以大幅提高。自2017年5月11日获得25.7T全超导磁体，使我国成为世界上第四个实现25T以上全超导磁体技术的国家后，此次研制的高磁场超导磁体经液氦条件测试，内插线圈运行电流达到169.2A时，在15T的超导背场中产生了12.2T的中心磁场，实现了27.2T全超导磁体的稳定运行。这也是目前超导磁体稳定运行的最高磁场。 /p p 　　27.2T极高场全超导磁场的实现，标志着我国高场内插磁体技术已处于世界一流水平，为后续研制30T高场科学装置和GHz级别的谱仪磁体奠定了基础。 /p p 　　此项目获得了中科院前沿科学重点研究项目“极端物理条件的超导强磁装备的基础研究”，以及国家自然科学基金面上项目“高磁场内插多场耦合与临界参量退化机理研究”和“极高场无绝缘内插REBCO线圈失超后性能退化及应力集中问题研究”的资助。 /p

德国马克斯普朗克化学研究所、美国爱荷华州立大学、俄罗斯乌拉尔联邦大学研究人员合作探测了富氢高温超导体中的捕获磁通量。相关研究近日发表于《自然-物理学》。该研究团队在SQUID磁强计中采用了非常规的磁测量方法，并探测了高压下两种接近室温超导体H3S和LaH10中的捕获磁通量。与传统磁化率测量不同，由于无外部磁场，捕获磁场的响应几乎不受金刚石压砧背景信号影响。在零场冷却和施加磁场冷却条件下，捕获磁场的行为证实了这些材料的超导性。研究人员发现明显缺乏的迈斯纳效应与样品内涡旋强钉扎效应有关。该方法还可用于研究多相样品或在常压下具有低超导分数的样品。通过高压下对氢化物中捕获磁场的测量，进一步证实了这些材料在高温下具有超导性。研究发现，在高压条件下，多种氢化物表现出超导现象，其超导临界温度可接近室温。然而，由于高压条件限制，实验研究存在一定困难，电输运测量一直是检测氢化物超导性的主要技术手段。相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41567-023-02089-1

近日，韩国一篇论文声称发现了世界上首种常温超导材料，引发大众关注。如果无视网络上的种种喧嚣，我们不妨弄清楚3个问题：什么是超导和常温超导？为了获取相关成就，科研人员需要攻克哪些技术难关？如果常温超导成真，在航天领域可能具备怎样的应用前景呢？　　神奇背后限制重重　　讨论常温超导之前，我们有必要理解超导的概念。所谓“超导”，就是电流能够不受阻碍地流经导体，并产生强大的磁场。超导在日常生活中最常见的应用场景应该是医院的核磁共振仪，其最核心组件是由铌钛合金丝绕制的线圈。　　不过，材料想达到超导状态，在传统上需要使用大量液氦和低温制冷机，冷却到零下264摄氏度左右，无疑会付出极大的代价，包括巨大能耗、液氦的昂贵成本和复杂的结构等。近年来，随着材料技术进步，一些在液氮温区（约零下196摄氏度）甚至更高温区下就能展现超导特性的材料不断被发现、改良，但距离室内常温还很遥远。　　超导研究是20世纪材料学的前沿领域。1908年，液氦制取成功，沸点约为零下269摄氏度，为超导研究奠定了基础条件。1911年，科研人员发现，在液氦环境的极低温度下，水银的电阻突然消失了。这被认为是超导研究的“起点”。1933年，德国物理学家迈斯纳和奥森菲尔德认识到，只要材料温度低于超导临界温度，其内部的磁感应强度总和就为零，即具有完全抗磁性。这就是超导的检验标准“迈纳斯效应”。　　那么低温超导是如何产生的呢？答案蕴含在精妙的微观世界中。　　经典理论认为，电阻是电子在导线中碰撞、受阻所致。　　然而，在超导材料中，电子会结成一对一对的所谓“库珀对”，就像舞蹈一样，迅速避开阻碍，实现电流的零电阻传输。这种奇妙的现象被认为是由材料晶体内部原子的振动引发的，也就是由巴丁、库珀、施瑞弗共同提出的“BCS理论”。　　然而，受限于液氦等极低温条件，超导长期难以在大规模工程中广泛应用，也促使科研人员对“高温”超导的研究投入了巨大的热情。1986年，科学家们惊喜地发现，钇钡铜氧化物、铋系材料等在相对较高的液氮温区下仍然能够表现出超导现象。这意味着，可以将获取更简便、成本更低廉的液氮作为超导冷却剂。　　这个突破为超导的实际应用提供了更广阔的“舞台”，也为许多大科学装置的建设提供了有力保障。比如，“东方超环”和国际热核聚变实验堆等设施都应用了新型超导电缆，有效降低了制冷系统的功率需求。　　但“高温”超导研究当前似乎遇到了“理论滞后于现实”的困境。科学家们一直在努力探索其中的奥秘，至今仍未完全揭示其具体原理，基本上停留在假说阶段。例如，一些学者认为，电子之间复杂的相互作用、新的凝聚态现象等或许是“高温”超导诞生的主要原因。　　不难看出，超导研究领域的所谓“高温”仍然不是大众日常能够体验到的，那么在室温条件下获得超导更是困难重重。　　航天应用前景无限　　航天是利用速度摆脱星球引力束缚、探索并开发浩瀚太空的伟大事业。而最经典的航天器运载工具就是火箭，一般利用燃料燃烧产生的高温高速喷流，产生强大的反作用力，将载荷不断加速、抬升，直到飞出大气层。　　但现有的火箭大多数是从地面发射架上直接起飞，为了加速飞离空气稠密阻力大的对流层，需要消耗大量燃料，这也意味着火箭会损失许多宝贵的运力。　　为了解决这个问题，航天发射机构提出了五花八门的创新方案，包括飞机挂载火箭空中发射、巨型飞艇和气球提升火箭到高空发射、离心机甩出火箭发射等。　　比如，美国飞马座空射火箭在1990年成功入轨，在发射前会被悬挂在经过特别改装的客机机腹下。载机在13000米左右高度以0.8马赫平飞时，火箭被投放，随后点燃第一级固体发动机，加速爬升。　　但这些发射方式都存在一些弊端，尤其是飞机等平台的运作维护成本不低，运输能力有限，一般只能发射小型火箭，入轨运力不足。例如，飞马座火箭的700公里太阳同步轨道运力仅有200公斤出头，只能投送小型载荷入轨，单位发射成本要高于很多地面发射的大中型火箭，因此飞马座火箭乃至后续的空射火箭规模化应用始终困难重重。　　不过，一旦常温超导材料问世并成功实用化，航天发射史有望“翻开全新的一页”。比如，科研人员和工程师可以借鉴磁悬浮列车和电磁弹射器的原理，构建起一种新概念航天发射装置，其结构类似于一条垂直于地面的磁悬浮列车轨道。　　届时，在矗立的发射塔上，悬浮线圈负责维持火箭的发射方向，并避免火箭与轨道发生摩擦而产生阻力，加速线圈则为火箭提供强大的起飞推力，帮助它尽快冲出空气稠密的近地高度。当火箭被发射装置充分加速并冲出对流层后，再点燃第一级发动机，继续加速爬升，最终入轨。　　相比空中发射，这种发射方式基本上仅消耗电力，而且由于常温超导材料不需要配备复杂的冷却系统，发射装置的规模可以做得很大，因此有望将更重的载荷送入轨道，单位发射成本也会显著降低，很可能催生出更大的航天器组合体和全新的太空活动形态。　　除了航天发射领域外，常温超导材料在卫星、宇宙飞船等航天器上也具有广泛的应用前景。　　例如，在航天器设计过程中，需要对电子设备和敏感仪器采取合适的屏蔽手段，保护它们免受外界磁场干扰。常温超导将是磁屏蔽装置的完美材料，只需制成壳体，再将对磁场敏感的仪器设备放入其中，就可以在内部形成一个稳定的磁场屏蔽区域。　　此外，常温超导材料如果用于制造导线，替代航天器内部的传统金属导线，不仅有望降低电功耗，还能显著减少热量，从而简化供电和温控系统的设计，助力新型卫星性能更强大、结构更轻巧。　　总之，超导技术在短短几十年内取得了巨大的进展，为人类追寻美好生活、探索未知世界带来了全新的可能。科研人员对超导的研究和实验不断深入，一直在不懈地探索和挑战着物质的极限。而航天作为众多最前沿科技的优先应用领域，未来常温超导也一旦成真，必将在此大放异彩，帮助人类进一步探索和开发浩瀚苍穹。

英国《自然》杂志发表中美物理学家联合研究的最新成果：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。该工作由浙江大学物理系长江特聘教授袁辉球利用美国洛斯阿拉莫斯国家实验室强磁场设备完成实验，铁基超导材料样品由中科院物理所王楠林小组提供，浙江大学物理系为论文第一作者单位。 　　高温超导形成机理是国际公认的一大挑战，科学家寄希望于寻找铜氧化合物超导材料以外的新型高温超导材料，进一步探索其形成机理。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。他通过采用脉冲强磁场等极端实验条件，极大地延伸了铁基超导材料的温度—磁场相图的研究范围，并发现了令人惊异的现象：铁基超导材料(Ba,K)Fe2As2在低温的上临界磁场几乎与外加磁场的方向无关，具有“各向同性”的特征。这是首次在二维层状的超导体中发现了超导态的各向同性，为揭示铁基超导材料的形成机理提供了重要的物理信息。铁基超导材料的这种奇特的超导特性是由其独特的电子结构所决定的。 　　袁辉球认为，这类铁基超导材料虽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，因此，维度的降低并不一定是形成高温超导的必备条件。此外，铁基超导材料也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，他还推测，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。 　　《自然》杂志评审专家认为，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。

p 　　安东帕近日宣布推出新型高温纳米压痕测试仪UNHT³ HTV。作为测量低载荷下纳米尺度机械性能的测试系统，UNHT³ HTV可用于测量温度在 800 ° C 以下的薄膜和涂层的硬度和弹性模量。其专利 UNHT 技术与独特的加热功能结合，可提供在任何温度下的高稳定性测量解决方案。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201702/insimg/71016a8c-f6a0-4c09-81ab-e26ce87e40b8.jpg" title=" UNHT3_HTV_w.jpg" / /p p 　　UNHT3 HTV的核心是基于非常成功和专利的超纳米压痕试验机(UNHT)。 /p p 　　测量头已针对高温操作进行了优化，并结合了正在申请专利的样品台，可以在工作范围内的任何温度下进行测量，并具有最高的热稳定性。这样的测量特性引发了研究人员的兴趣： /p p 　　环境条件下最低热漂移 (& lt 0.5 nm/min) 和整个温度范围内最低热漂移 (& lt 3 nm/min)。 /p p 　　最高载荷框架刚度 (& gt & gt 106 N/m) 和最低框架柔度 (& lt & lt 0.1 nm/mN)：两套独立的位移和载荷传感器与高精度电容传感器结合，可选择“实际深度”和“载荷控制”模式。 /p p 　　高真空系统具有 5 轴磁悬浮涡轮泵和缓冲系统，允许在测量期间关闭初级泵，使泵振动降至最低。 /p p 　　独特的加热控制系统(3 项专利待批)，采用3 个红外 (IR) 加热器分别用于给压头、参比 压头和样品加热，以及 4 个热电偶用于将样品表面温度控制到 变化在0.1° C 内。 /p p 　　符合 ISO 14577 和 ASTM E2546 国际标准 /p p br/ /p

记者10月22日从在清华大学召开的高温超导滤波技术成果鉴定会上获悉，我国自主研制、拥有完全自主知识产权的高温超导滤波系统首批产品订货已完成生产并交付用户使用，在全国16个省市区的通信装备上投入长期实际应用。这是我国高温超导应用研究的重大突破，标志着我国高温超导在通信领域已进入规模商业应用和产业化阶段。鉴定会专家对项目成果给予高度评价，鉴定意见指出，项目总体技术达到国际先进水平，为采用高温超导技术提高通信装备的抗带外干扰性能和电磁兼容性奠定了坚实的技术基础，为我国通信现代化作出了重大贡献。 　　据该项目负责人、清华大学物理系教授曹必松介绍，自1986年高温超导材料发现至今，26年来我国投入大量人力物力进行应用研究和技术攻关，其最终目的就是要实现高温超导材料的大规模商业应用。“这次高温超导滤波系统由最终用户采购，在全国16个省市区批量供货投入运行，与一般的研究或以试验为目的的应用完全不同，标志着经过长期不懈的研究，我国高温超导研究已经从实验室研究阶段发展到了面向最终用户的大规模商业应用。高温超导真正的实际应用已经成为现实。” 　　据了解，在微波频段，高温超导材料的电阻比普通金属低2—3个数量级，用超导薄膜材料制备的滤波器带内损耗小、带边陡峭、带外抑制好，具有常规滤波器无法比拟的、近于理想的滤波性能。“但是高温超导材料必须在其转变温度Tc以下才能实现其超导零电阻特性，所以高温超导滤波系统的研发难度非常大。我们和综艺超导科技有限公司共同研发的超导滤波系统是由超导滤波器、在零下200摄氏度工作的低噪声放大器和小型制冷机等部件组成的，具有极低的噪声和极好的频率选择性，可应用于各种无线通信装备，同时大幅提高灵敏度和选择性、提高抗干扰能力和探测距离等。”曹必松说。 　　2005年，在国家科研经费支持下，该项目组在北京建成了超导滤波系统移动通信应用示范基地，实现了小批量长期应用。为实现超导滤波系统在我国的规模化商业应用，在国家相关部门和各级领导支持下，清华大学和综艺超导科技有限公司的研究团队十余年如一日，艰苦奋斗，攻克了高性能超导滤波器和低温低噪声放大器设计制备技术、多通道超导滤波器性能一致性研制技术、满足装备苛刻使用要求的环境适应性技术和超导滤波系统集成技术等一系列技术难题，获得超导滤波技术授权发明专利10多项，于2009年12月完成了超导滤波系统产品样机的研制。 　　2010年1月至11月，在国家主管部门的组织下，由7个专业测试单位对超导滤波系统产品进行了全面性能测试，包括电性能测试，满足通信装备高低温、冲击、振动、低气压、盐雾、霉菌、湿热等苛刻使用要求的环境适应性试验，通信装备加装超导滤波系统前后的性能对比试验和用户长期试用等。 　　试验结果表明，超导滤波系统的全部性能都达到或超过了通信装备实际应用的技术要求。在通信装备上加装超导滤波系统前后的性能对比试验表明，超导滤波系统使重度干扰下原本无法工作的通信装备恢复了正常工作，使中度干扰下装备最大作用距离比原装备平均增加了56%。自2010年10月起，超导滤波系统在该型通信装备上投入长期运行，至今已连续无故障运行2年以上。 　　2011年1月19日，超导滤波系统通过了国家主管部门组织的技术鉴定，获得了在我国通信装备实际应用的许可。同年8月，综艺超导公司获得了首批5种型号超导滤波系统产品的订货合同，在全国10多个省市区推广应用。其他型号超导滤波系统产品也将在未来几年内陆续投入市场。 　　据介绍，综艺超导科技有限公司由江苏综艺股份有限公司等股东投资、在2006年成立的高新技术企业，公司设在北京中关村科技园区。目前，综艺超导已建成一流水平的超导滤波系统生产基地，并且已经顺利完成首批高温超导滤波系统批量生产和用户交付。 　　曹必松说，高温超导滤波技术在移动通信、重大科学工程和国防领域具有广阔的应用前景。为进一步推广超导滤波技术的应用，还需要攻克适应于各种不同通信装备应用要求的高难度的超导滤波系统设计、制备技术、适应于各种应用环境的环境适应性技术等研究难题。 　　与会专家认为，经过未来几年的努力，该技术将在更多无线通信领域获得大规模应用，并带动超导薄膜、制冷机、专用微波元器件等相关产业链的形成和发展，在我国形成一个全新的高温超导高技术产业，为我国通信技术的升级换代提供一种全新的、性能优异的解决方案。

自1986年Bednortz和Müller发现铜氧化物高温超导以来，三十五年已经过去了，但作为凝聚态物理学最重要科学难题之一的高温超导机理至今仍然没有得到解决，甚至在最基本的科学问题，如配对对称性上也尚未达成共识。针对配对对称性这一核心科学问题，清华物理系张定副教授、薛其坤教授带领的研究团队与国内外同事合作，通过制备具有原子级平整界面的高质量约瑟夫森结，发现铜氧化物中s-波配对占主导地位。这个结果颠覆了铜基高温超导是d-波配对的主流认识。该工作不但是铜氧化物高温超导研究的一个重大进展，同时也为破解高温超导机理这一科学难题指明了正确方向。该研究成果以“转角超薄铋锶钙铜氧约瑟夫森结中的s波配对”(Presence of s-wave pairing in Josephson junctions made of twisted ultrathin Bi2Sr2CaCu2O8+x flakes)为题在线发表在7月15日的《物理评论X》（Physical Review X）上。超导作为一种宏观量子现象，其量子态的波函数在理论上可以分为s波、p波和d波等。与氢原子波函数的空间分布相似，s波超导各向同性，角动量量子数为0，而p波和d波的超导波函数具有空间各向异性。其中，d波的角动量量子数为2，其振幅的空间分布像四朵花瓣一样（以dx2-y2波为例），而且从一个花瓣转向近邻花瓣时会发生由相位引起的变号。相比于常规超导体的s波配对，多数人认为铜氧化物超导具有d波配对对称性。然而，这一观点也受到了一系列新的挑战。比如，薛其坤教授团队利用扫描隧道镜直接测量铜氧化物的超导层时发现其超导能隙符合s波超导的U型，而非d波的V型。不过，区分s波与d波的最关键信息来自于超导波函数的相位，即前述的变号行为。此前人们通过两个或三个超导体组成花瓣平面内的约瑟夫森耦合开展了相位测量。但是，将多个晶体进行横向的拼接，往往存在拼接处—晶界—的晶格畸变、多晶面交替出现、化学配比剧烈变化等问题，这都使得实验结果存在着不确定性。图1 高温超导转角约瑟夫森结原子结构示意图。图中蓝、绿、红、黄、黑色小球分别代表铋、锶、钙、铜、氧原子。上半部分半个原胞相对下半部分旋转45度。右侧插图表示s波配对中相位在空间中保持相同符号。相比于此，由于铜氧化物超导具有二维层状结构，将其沿纵向拼接而成的约瑟夫森结就有望形成原子级平整的界面。以最典型的铋锶钙铜氧高温超导体为例（图1），该铜氧化物具有层状结构，纵向由超导的铜氧层与不超导的铋氧/锶氧层交替堆叠而成。纵向拼接而成的约瑟夫森结是判定配对对称性中相位的一种理想结构。其原理是，如果将两个d波超导体沿垂直于其d波花瓣平面的方向即纵向进行约瑟夫森耦合时，其耦合强度将在两个超导体相对旋转45度时下降到零，而两个s波超导体在此情况下仍然存在约瑟夫森耦合。过去，人们曾构筑过这样的纵向约瑟夫森结对铜基高温超导的相位问题开展过研究，但没有得到一致的结果：有的实验支持s波，有的支持d波。造成这个结果的主要原因是两个超导体构成的约瑟夫森结的界面质量不够高，而且实验结果中混入了其它约瑟夫森耦合的信号—单边的超导体中也存在本征的纵向约瑟夫森耦合。因此，制备原子级平整、宏观均匀的单一约瑟夫森结是关键。张定副教授、薛其坤教授带领研究团队成功制备出了超薄的具有原子级平整界面的高质量约瑟夫森结，并且能将两边超导层的相对转角进行精确地控制。在这些高质量样品中，他们观察到参与隧穿过程的只有相对发生旋转的两个超导层，避免了本征约瑟夫森结造成的复杂性。通过这种高度精确人为可控的相位敏感测量，他们发现在相对角度旋转到45度时，两片铋锶钙铜氧超导在纵向仍然存在约瑟夫森耦合，而且耦合强度与转角为0度时可比拟，这说明配对对称性是s波。这个结果清楚表明，目前主流的d波配对理论并不适用铋锶钙铜氧高温超导体系。如果这一实验得到进一步验证，并且推广到其它铜氧化物高温超导体系，那么这将是三十多年高温超导机理研究的一个转折点，为最终解决高温超导机理走出了最关键的一步。为了最终确认s波配对对称性，研究团队目前正在瞄准原子极限下两个单层铜氧化物超导间的约瑟夫森耦合——进行强力攻关。这一突破的取得是团队成员潜心攻关和精诚合作的结果。北京量子信息科学研究院（量子院）助理研究员朱玉莹（清华大学物理系原博士后）作为文章的共同第一作者，在加入团队后的四年中未发表一篇作为主要作者的文章，心无旁骛、刻苦攻关。她与清华大学物理系博士生廖孟涵（共同第一作者），在开展该研究的五年内，利用美国布鲁克海文国家实验室Genda Gu教授研究组提供的最优质量的晶体，共尝试了近800多个薄膜样品，制备和测试了300多个具有不同转角的约瑟夫森结。为了验证人工约瑟夫森结的质量，需要获得原子结构的信息，这得到了中科院物理所谷林研究组的全力支持。物理所张庆华副研究员（共同第一作者）对数十个约瑟夫森结样品开展了精细的结构表征，证明了其具有宏观大范围原子级平整的晶界。参与该研究的合作者还包括清华物理系博士生刘耀伍与柏中华、季帅华教授、姜开利教授、马旭村教授，量子院解宏毅副研究员，物理所孟繁琦博士生，美国布鲁克海文国家实验室Ruidan Zhong和John Schneeloch等。该工作得到了国家科技部、自然科学基金委员会、清华大学低维量子物理国家重点实验室、北京未来芯片技术高精尖创新中心等的经费支持。论文链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevX.11.031011

近日，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室王征飞教授与美国犹他大学刘锋教授，清华大学薛其坤院士、马旭村研究员，中科院物理所周兴江研究员合作，首次发现了铁基高温超导材料中的一种新型一维拓扑边界态，该成果在线发表于《自然—材料》杂志。　　自然界中至今还没有发现拓扑超导材料，如何设计寻找拓扑超导材料已成为研究人员关注的焦点。以往的研究思路是借助外延生长将拓扑材料放置在超导材料上或将超导材料放置在拓扑材料上，通过邻近效应实现拓扑超导体。但这种复合材料对于生长工艺的要求十分苛刻，阻碍了拓扑超导材料研究的发展。　　研究人员以新型高温超导材料FeSe/SrTiO3为研究对象，结合理论计算、扫描隧道显微镜和角分辨光电子能谱，系统地研究了其反铁磁电子构型，并在实空间观测到自旋—轨道耦合所打开的拓扑能隙中一种新型一维拓扑边界态的存在。该研究工作揭示了FeSe/SrTiO3中同时存在的超导与拓扑两种特性，为探索单一材料高温拓扑超导体和马约拉纳费米子开辟了新途径。同时该工作也有助于进一步理解FeSe/SrTiO3的高温超导机制，对于推动铁基高温超导材料的机理研究具有重要意义。

近日 ，美国麻省理工学院 Jeong Min Park、曹原等人在《自然》发文，报告三层扭转石墨烯能够表现出超导性。这个“三明治”比双层的“魔角” 石墨烯更加稳定，并且能够通过两种相互独立的方式进行调节。这样的结构或有助于理解实现高温超导需要的条件。图片来源：Pixabay当两片石墨烯 以 1.1° 的扭转角度交错排列，这个双层结构就会转变为非常规的超导体，从而使电流无阻通过，而不会浪费能量。这种“魔角”石墨烯结构及其超导效应由美国麻省理工学院 （MIT）物理学教授 Pablo Jarillo-Herrero 团队在 2018 年首次发现。这项研究也让中科大少年班毕业生、当时年仅 21 岁的曹原“一战成名”： 他以共同第一作者/共同通讯作者 的身份首次在同一天发表了两篇《自然》 （Nature ）论文，随后他 成为了 《自然》2018 年十大科学人物中最年轻的学者 。扭转电子学 （twistronics）领域从此兴起。此后，科学家一直在寻找其他可以经过扭转而表现出超导性质的材料。但是到目前为止，除了最初的双层“魔角”石墨烯以外，没有发现其他材料具备相似的特性。近日，已经成为博士后的曹原再次以共同第一作者身份 在《自然》发文报告，在三层石墨烯组成的“三明治”中观察到超导性。 在新的三层结构中，中间一层石墨烯相对于外层以新的角度扭转，其超导性比双层结构更稳定。该论文 2 月 1 日在《自然》发表， Jeong Min Park 和曹原为共同一作，此外曹原还与他的导师、Pablo Jarillo-Herrero 共同担任论文通讯作者。日本国立材料科学研究所（National Institute of Materials Science）的渡边贤司（Kenji Watanabe）和谷口尚（Takashi Taniguchi）也参与了这项研究。研究人员还可以通过施加和改变外部电场的强度来调节结构的超导性。而通过调节三层结构，研究人员能够产生超强耦合超导性，这是一种奇特的电学行为，在其他所有材料中很少见。Jarillo-Herrero 说：“目前尚不清楚魔角双层石墨烯是不是特例，但现在我们知道它并不孤单，它有一个三层表亲。这种超可调（hypertunable）超导体的发现将转角电子学领域扩展到了全新的方向，在量子信息和传感技术中具有潜在的应用。”打开新型超导体研究的大门在 Jarillo-Herrero 和同事们发现扭转双层石墨烯中可能产生超导性之后不久，理论物理学家提出，在三层或更多层石墨烯中也可能看到相同的现象。石墨烯就是厚度仅有一层原子的石墨，它完全由排列成蜂窝状晶格的碳原子组成，如同纤细却坚固的金属网格。理论物理学家提出，如果将三层石墨烯像三明治一样堆叠， 中间层相对于两个外层扭转 1.56 度，那么这种扭曲构型将产生一种对称性，从而促使材料中的电子配对，形成无阻力的电流，即超导的标志。Jarillo-Herrero 说：“我们就想，为什么不尝试检验一下这个想法？”为此，Park 和曹原设计了三层石墨烯结构。他们将单层石墨烯小心地切成三个部分，并将其按照理论预测的角度精确堆叠。他们制造了几个这样的三层结构，每个结构的尺寸仅有几微米，大约相当于人类头发的直径的 1/100，高度则为三个原子。Jarillo-Herrero 称之为 “纳米三明治”。接下来，研究小组将电极连接到结构的两端，并通过电流，同时测量材料中损失或耗散的能量。“我们没有观察到能量耗散，这意味着它是超导体。”Jarillo-Herrero 说，“我们必须肯定理论物理学家的贡献，他们算出了正确的夹角。”但他补充说， 这种结构具备超导性能的确切原因仍然有待确认，目前还不确定这是不是因为理论物理学家所提出的对称性。这也是他们计划在未来的实验中进行检验的内容。 他说：“目前我们只能确认相关性，而无法确认因果关系。但现在我们至少有了一条途径，可以根据这种对称性思想探索一大批新型超导体。”“ 最强大的耦合超导体”在探索新的三层石墨烯结构时，研究团队发现，可以通过两种方式控制其超导性。对于团队此前提出的双层石墨烯，可以通过施加外部 门电压来改变流过材料的电子数量，从而调节其超导性。研究团队上下调节门电压，同时测量材料停止耗散能量、转变为超导体时的临界温度。通过这种方式，团队能够像调节晶体管一样打开和关闭双层石墨烯的超导性。团队使用相同的方法来调节三层石墨烯，同时还发现了控制材料超导性的第二种方法，这在双层石墨烯和其他扭转角结构中是不可能的。这种方式就是使用附加电极对材料施加 电场，这能够改变三层结构之间的电子分布，同时不改变结构的整体电子密度。Park 说：“现在，这两个相互独立的‘旋钮’能为我们提供大量有关超导电性出现条件的信息，帮助我们理解这种不寻常的超导状态背后至关重要的物理学原理。”通过同时使用这两种方法调整三层结构，研究小组在一定条件下观察到了超导性，包括在相对较高的 3 开尔文临界温度下，即使此时材料的电子密度很低。相比之下，量子计算领域正在研究使用铝制作超导体，铝具有更高的电子密度，而它仅在约 1 开尔文的温度下才具备超导性。Jarillo-Herrero 说：“我们发现魔角三层石墨烯可以成为最强大的耦合超导体，这意味着在给定的电子数量很少的情况下，它也能在相对较高的温度下进行超导。它能带来最大的收益。”研究人员计划制造三层以上的转角石墨烯结构，以了解具有更高电子密度的此类构型是否可以在更高的温度下表现出超导性，甚至实现室温超导。“如果能够工业化大规模生产这些结构，那么我们就可以制造用于量子计算的超导比特，或者低温超导电子器件、光子探测器等。不过我们还不知道如何一次制造数十亿个这样的结构，”Jarillo-Herrrero 说。Park 说：“我们的主要目标是理解强耦合超导的基本性质。三层石墨烯不仅是有史以来最强大的强耦合超导体，它还具备最大的调节空间。借助这种可调谐性，我们能够真正实现在相空间的任何位置探索超导电性。”论文信息：Park, J.M., Cao, Y., Watanabe, K. et al. Tunable strongly coupled superconductivity in magic-angle twisted trilayer graphene. Nature (2021).

2001年2月10日，“高温超导磁悬浮试验车”在四川成都西南交通大学正式通过国家级验收，该课题责任专家赵忠贤(前右)兴奋地登上实验车。　　“中国‘高温超导’的年轻一代，不用像我一样坚持40年。给他们十几年时间，就能获得更有影响的成果。”1月9日，赵忠贤，这位在“高温超导”领域卓有成就的中国科学院院士获得了“国家最高科学技术奖”，这是我国科技界的最高荣誉。谈到中国超导的未来，他寄望很高。　　过去百余年世界超导研究史中，在两次高温超导领域的研究取得重大突破的关键时刻，赵忠贤带领的团队都“跑”在前列，他们独立发现了“液氮温区高温超导体”以及“发现系列50K(开尔文，热力学温度单位)以上铁基高温超导体并创造55K纪录”。前者推动了国际相关研究的热潮，赵忠贤因此于1987年获得第三世界科学院TWAS物理奖，这是中国科学家首获此奖 后者被授予Matthias奖，这是国际超导领域重要奖项。　　幸福不会从天而降。在数十年沉心高温超导研究的岁月里，赵忠贤的勤奋有目共睹——在67岁那年，他还曾带领年轻人通宵攻关。作为我国高温超导研究的奠基人之一，赵忠贤在科研上却很“抠门”——他的设备是用自己“淘”来的闲置品改造而成，他戏称为“土炮”，语气幽默，令人莞尔。　　跌宕难阻守初心　　赵忠贤1964年从中国科学技术大学技术物理系毕业，被分配到中国科学院物理研究所，除去搞国防任务的五年，一直从事超导研究，他所做的主要工作就是探索高温超导体。　　超导现象最早由一位荷兰科学家于1911年发现，指某些材料在低于一定的临界温度下电阻为零的现象。“假如超导现象能在常温下实现，远程超高压输电将没有损耗，能节省很大电量。”中国科学院物理研究所所长王玉鹏说，医疗中常用的核磁共振仪器，其核心部件就用了超导磁体。　　在探索十余年后，赵忠贤迎来了第一个科研高峰——1987年2月，他带领团队独立发现液氮温区高温超导体，并在国际上首次公布其元素组成为Ba-Y-Cu-O。国际上很多实验室验证了中国的工作，掀起了国际高温超导研究的热潮。　　赵忠贤因此于1987年获得第三世界科学院TWAS物理奖，他也成为首次获此奖项的中国科学家，这一成果在1989年又获得了国家自然科学集体一等奖。　　随后，低谷不期而至。20世纪90年代中后期，国际物理学界在通过铜氧化物超导体探索高温超导机理的研究上遇到了瓶颈。国内的研究也遇冷，有人转投其他领域，但赵忠贤却坚持要坐“冷板凳”。　　“热的时候要坚持，冷的时候更要坚持。”忆及这段往事，他说，“我当时很正常，不痴迷也不呆傻。我认为超导还会有突破，所以才坚持。”　　多年的坚守之后，赵忠贤科研人生的另一个高峰出现在了“大家想都不敢想”的方向上——赵忠贤与国内的同行分别打破了国际物理学界普遍认为的40K以上无铁基超导的“禁忌”。2008年，赵忠贤带领其团队不仅发现了系列50K以上铁基高温超导体，还创造了大块铁基超导体55K的纪录，这项研究又为他赢得了国家自然科学奖一等奖，而他本人则在2015年被授予国际超导领域的重要奖项——Matthias奖。　　在跌宕起伏之间，赵忠贤对“初心”的追逐从未变过，用他的话说：“我这辈子只做一件事，那就是寻找更好的超导材料。”　　攀登还靠勤为径　　中国的一系列成果发布后，美国《科学》杂志曾发文盛赞：“如果以后再有更多的样品和数据诞生于中国，我们不必感到惊讶”，“如洪流般不断涌现的研究结果标志着在凝聚态物理领域，中国已经成为一个强国”。　　然而，任何影响巨大的科研发现都不是随手捡得。两获世界赞誉的背后，是赵忠贤数十年高温超导研究中无数次制备、测试、分析、放弃、再重新开始的身影̷̷　　根据赵忠贤的回忆，1986年4月，瑞士科学家穆勒和柏诺兹发现Ba-La-Cu-O材料在35K时开始出现超导现象。9月底，他看到这些论文后，马上与团队一道开始铜氧化物超导体研究。他们夜以继日奋战在实验室里，饿了就在实验室煮个白面条，累了就轮流在椅子上打个盹，废寝忘食工作最终换来了他科研人生的第一次突破。　　在2008年，他的第二次重大进展出现前夕，日本科学家发现了在掺氟的镧氧铁砷材料中存在26K的超导性。随即，有中国科学家把超导临界温度提到略高于传统超导体的理论极限40K。赵忠贤则率领团队很快将超导临界温度提高到50K以上，并创造了大块铁基超导体55K的世界纪录，保持至今。当时已经67岁的他，在成果出现前夕还曾带领年轻人熬了三个通宵。“现在可不敢熬夜了，身体受不了。”谈及此事，赵忠贤并不当回事儿，“别把我报道成劳模，我就是在做本职工作。”　　人生至此，本已可安享晚年，赵忠贤却依然坚持着他的高温超导研究，“我如今的工作重点有两个，一是凝练学科方向 二是尽我所能为大家营造良好的学术氛围。”在他衣兜里，还时常揣着一个小本，随时记录研究思路，“现在年纪大了，有什么想法得赶紧记下，怕忘记了。”　　“抠门儿”有道暗得意　　1987年的美国物理学年会，是赵忠贤一个难忘的记忆。当时只有5个人受邀做特约演讲，他是其中之一。向世界展示中国超导研究的重大突破，让赵忠贤“感到光荣与骄傲”。　　实际上，赴美国做报告前，赵忠贤用的设备还是他自制的“土炉子”。据中国科学院院士陈仙辉回忆：“当时使用的是自己搭的设备，数量不够，5个教授只能共用一台设备轮流做研究。”但赵忠贤却觉得那是一段“激动人心的日子”，因为“艰苦又快乐，每两三天就有新成果出现”。而他并不介意跟别人共享实验设备，“大家轮流用，还能提高使用率，节省经费”。　　后来，在科研方向遇冷时，赵忠贤越发“抠门儿”起来。20世纪90年代，在经费有限的情况下，赵忠贤认定，“有钱的时候坚持，没钱的时候更要坚持”。没有合用的设备，他淘来处理品，自己改装。有些设备老得连零件都买不到了，却还一直作为项目组的基础设备被使用。他说：“别小瞧我这‘土炮’，管用着呢!”　　守心皆因乐其中　　从事高温超导研究数十年，赵忠贤常被问：“一辈子就干了这么一件事，有时还很辛苦，不觉得枯燥吗?”　　“这是我的兴趣所在，又能养家糊口，还有比这更理想的选择吗?”赵忠贤说，“就像有人爱打麻将，玩到半夜，是去睡觉，还是接着玩?肯定是接着玩嘛!”对他而言，做研究就像有些人爱玩麻将一样，十分有趣，并不觉得辛苦和枯燥，“我们做科研，每天总感觉更接近真理，一旦发现新现象、做出新材料、提出新问题，就像打麻将的和牌，也有大和、小和，多有意思。”　　作为两次领导科研团队获得国家自然科学奖一等奖，发表论文400余篇，桃李满天下的著名科学家，赵忠贤仍有遗憾，这就是未领先于日本科学家发现铁基超导材料。实际上，他的团队在1993年就研究过和铁基超导体结构相同的材料，只不过用的是铜，而当时铁元素被公认为不利于超导。　　“现在回过头来看，如果当时思想再解放一些就好了。”赵忠贤说，在他看来，搞科研最重要的一点是能够迅速抓住问题的本质，并驾驭自己的知识和能力去解决它，而不断创新，则是保持兴趣的重要因素。他时常勉励实验室里的年轻人“什么都可以做，不怕失败，要不断创新、不断尝试”。　　如今已76岁的赵忠贤希望能尽己所能，呼吁建立合理的评价体系，来为年轻人营造轻松的研究氛围，“我也错过了好多机会，我希望将自己的这些经验教训分享给年轻科研工作者，让他们能少走些弯路”。

近日，韩国研究团队在预印本平台arXiv上连发两文，宣称合成了全球首个室温常压超导体LK-99，临界温度为127℃。今年不止一次有团队宣称突破室温超导。室温超导可能引发第四次工业革命，但超导专家普遍认为韩国团队的研究只是发现了一种新的抗磁材料，并没有表现出室温超导的证据。无论如何，“超导”的热点持续一个多星期而且不断发酵、相关金融市场大热，都证明了全社会对超导材料领域科技创新的关注。超导不仅是物理、材料领域的议题，也是环保议题。日常生活中，电能在输送过程中会有一定的损失，例如电力线路中的电阻会产生热量，就会损失电能。超导材料在一定的温度下能够无电阻传导电流，这意味着电流在超导电路中流动不会有因电阻导致的能量损失。如果输电线路由超导材料制成，就可以消除绝大部分电力输送中损失的电能。因此，使用超导材料可以极大地提高能源利用效率，减少能源损耗，高压电传输估计可以节能20%—30%。 因为电力能源占比最高的一直是火力发电，而火力发电主要使用煤炭这种化石能源，会产生大量碳排放，所以使用超导材料输电，也会间接减少排碳量。此外，超导材料还可以应用在更高效的电力设备和储能设备上，如超导电磁储能系统（SMES）、超导电机和发电机等。这些设备的效率更高、功率损失更少，都能进一步减少能源损失和碳排放。然而，目前已知的常压超导材料都要在低温环境下才能达到超导状态，这就需要大量的冷却设备，增加了电力消耗，也增加了碳排放，并影响超导材料的规模化应用。提高超导材料的工作温度（临界温度）依然是当前物理学和材料科学领域的一大挑战。科学家们一直在探索提高临界温度的方法，以及运用量子力学原理来设计和优化材料，通过计算和模拟预测哪些材料在特定的条件下可能表现出超导性等。20世纪80年代发现的铜氧化物超导体具有相对高的临界温度（100K，-173℃），21世纪发现的铁基超导体也有50K（-223℃）以上的临界温度。一些已知超导材料在受到高压时能够调整微观结构改变性质，临界温度上升。然而这些材料的工作温度依然远低于常温，而且需要高压，但高压环境的产生和维持需要额外的能源。如果室温常压超导真的存在，理论上更环保。室温超导不需要额外的冷却设备和能源，这将大大减少能源损耗和碳排放。而且室温超导材料在运输和使用上也更方便，可以进一步降低生产使用过程的碳排放。今天，真正环保低碳的室温常压超导仍需要科学家们继续努力研究。超导研发虽然不属于生态环境科技工作者的任务，但生态环境科技依然能够发挥作用助力超导科技创新。比如，生态环境科技工作者可以向公众、企业和决策者宣传超导科技在环保降碳方面的优点和现有情况，提高公众对超导概念的理解水平。也可以和相关学术机构、企业及决策部门合作，共同推动超导科技在环保降碳方面的研发、创新与应用，以发现超导的更多可能。

p 　　近日，由西北有色金属研究院等单位承担的863课题“高性能MRI用超导线材批量化制备技术(2014AA032701)”通过技术验收。通过该课题的突破，使我国核磁共振成像仪(MRI)用高性能NbTi和MgB2超导长线实现批量制备，开始向全球主要医疗影像仪制造企业实现供货。 /p p 　　超导MRI具有磁场强度高、无放射危害、图像分辨率高等优势，是目前全球医疗影像领域的主流高端装备，也是超导材料最主要的应用领域之一。NbTi超导线材性能不断提升促进了商用液氦浸泡冷却MRI系统成本不断降低，MgB2超导线材的快速发展使无冷却介质的移动式、开放式制冷机制冷MRI成为国际技术发展前沿。但是在2016年之前，MRI用超导线材长期被LUVATA、OXFORD等跨国公司垄断，导致我国超导MRI用线材长期处于完全依赖进口的状态，严重制约我国自主超导MRI装备产业的发展。 /p p 　　该课题突破了高均匀合金熔炼、导体结构设计、粉末装管法线材塑性变形控制、高尺寸精度线材加工、磁通钉扎控制和线材绝缘等MRI用超导线材制造核心技术，获得具有完全独立知识产权的超导MRI用NbTi和MgB2超导线材批量化制备技术并实现量产。量产单根万米级NbTi线材临界电流密度超过3410 A/mm2 (4 T，4.2 K)，单根千米级MgB2线材临界电流密度超过21400 A/cm2 (3T，20 K)，均达到国际先进水平。建成我国首条年产能400吨的MRI用超导线材生产线，相关产品已为美国通用电气(GE)、德国西门子等全球主要医疗影像仪供应商实现供货，并在中科院电工所、宁波健信等国内超导MRI系统研发中获得应用。 /p p 　　超导MRI系统是我国“十三五”期间医疗器械产业发展的重点。超导MRI用线材制备技术研究成果填补了国内空白，为我国发展自主知识产权超导MRI系统奠定了坚实的材料基础。 /p p /p

三思纵横CTM系列高温持久蠕变试验机广泛用于各种金属及合金材料在高温环境下的蠕变性能和持久强度试验，测试材料的蠕变极限、持久强度极限等性能参数，其配套产品高温炉的性能直接决定了试验机在高温工作环境中的表现，三思纵横配备的筒式高温炉保温效果好，均温带长（200mm），高温可达1200℃，电炉寿命长，在不高于1200℃的条件下可以保障使用30000小时。 三思纵横深圳研发部秉承严谨的工作态度，对公司CTM系列高温持久蠕变试验机配套筒式高温炉进行了极限工作环境下的寿命测试，据研发部提供的数据，本次测试始于2012年3月19日16:00.测试电压25V，测试条件为1200℃温度下24小时不间断测试，截至发稿时，该筒式高温炉已无间断正常工作逾2000小时，此项测试工作目前进展顺利，并将持续进行。 据研发部介绍，筒式高温炉工作效率高，是传统对开式高温炉的十几倍，无需降温升温和保温过程即可进行更换试样重复试验。相对于早起的对开式高温炉，筒式炉在材料使用上进行了较大的改进，选用HRE &Phi 5mm电热管炉丝取代了对开式高温炉的常规&Phi 1mm炉丝，加热速度更快，温度可控性强，目前可以达到100℃-1200℃范围内均可控，安全性能和保温效果都得到了极大的提升。 本次试验再次验证了三思纵横CTM系列高温持久蠕变试验机的可靠性，也为研发部提供了客观合理的观测数据，为今后设备性能的进一步提升提供了丰富详实的技术资料。 欢迎登录公司网站查看公司最新动态www.sunstest.com

关键词：量子相变 锁相放大器 超导超流态 说明：本篇文章使用赛恩科学仪器OE1022锁相放大器测量【概述】 2022年，南京大学王肖沐教授和施毅教授团队在nature communications发表了一篇题为《Quantum criticality of excitonic Mott metal-insulator transitions in black phosphorus》文章，报道了黑磷中激子Mott金属-绝缘体转变的光谱学和传输现象。通过光激发来不断调控电子-空穴对的相互作用，并利用傅里叶变换光电流谱学作为探针，测量了在不同温度和电子-空穴对密度参数空间下的电子-空穴态的综合相图。 【样品 & 测试】 文章使用锁相放大器OE1022对材料的传输特性进行测量，研究中使用了带有双栅结构(TG,BG)的BP器件，如图1(a)所示，约10纳米厚的BP薄膜被封装在两片六角形硼氮化物（hBN）薄片之间，为了保持整个结构的平整度，使用了少层石墨烯薄片来形成源极、漏极和顶栅接触，以便在传输特性测量中施加恒定的电位移场。图一 (a)典型双栅BP晶体管的示意图。顶栅电压（VTG）和底栅电压（VBG）被施加用于控制样品（DBP）中的载流子密度和电位移场。(b) 干涉仪设置的示意图，其中M1，M2和BS分别代表可移动镜子，静止镜子和分束器。 在实验中，迈克耳孙干涉仪的光程被固定在零。直流光电流直接通过半导体分析仪（PDA FSpro）读取。光电导则采用标准的低频锁相方案测量，即通过Keithley 6221源施加带有直流偏置的11Hz微弱交流激励电压（1毫伏）至样品，然后通过锁相放大器（SSI OE1022）测量对应流经样品的电流。图二(a)在不同激发功率下，综合光电流随温度的变化。100% P = 160 W/cm² 。(b) 在每个激发功率下归一化到最大值的光电流。(c)从传输特性测量中提取的与温度T相关的电阻率指数为函数的相图，作为T和电子-空穴对密度的函数。(d)不同电子-空穴对密度在过渡边界附近的电阻率与温度的关系 【总结】 该文设计了一种带有双栅结构的BP器件，通过测量器件的傅里叶光电流谱和传输特性，观测到从具有明显激子跃迁的光学绝缘体到具有宽吸收带和粒子数反转的金属电子-空穴等离子体相的转变，并且还观察到在Mott相变边界附近，电阻率随温度呈线性关系的奇特金属行为。文章的结果为研究半导体中的强相关物理提供了理想平台，例如研究超导与激子凝聚之间的交叉现象。【文献】 ✽ Binjie Zheng,Yi Shi & Xiaomu Wang et al. " Quantum criticality of excitonic Mott metal-insulator transitions in black phosphorus." nature communications (2022) 【推荐产品】

【科学背景】随着量子多体系统拓扑分类研究的进展，手性超导体这一独特的非常规超导体类型引起了越来越多的关注。手性超导体中复杂的超导序参量在动量空间中顺时针或逆时针旋转，这一性质使其成为拓扑非平凡系统，并具有本征的时间反转对称性破缺（TRSB），对拓扑量子计算有直接影响。然而，本征手性超导体极其罕见，已知的例子仅有UTe2、UPt3和Sr2RuO4等少数几种，这些例子仍然存在争议。此外，虽然理论研究表明，通过将s波超导体与拓扑绝缘体在自旋轨道耦合和面内磁场存在下接近可能会诱导手性超导性，但这种复杂的设置在材料制备和器件制造中带来了挑战，增加了验证手性超导性的难度。为此，科学家们探索了非中心对称超导体中的手性超导性，尽管这种特性在典型的固态超导体中并不常见。另一方面，具有非镜像或反演对称性的手性分子在手性诱导自旋选择性（CISS）效应中被广泛研究，其中分子手性通过打破自旋简并性影响固态系统。近期研究表明，将自组装手性分子单层与金属或半导体耦合，可以在固态系统中实现CISS效应为了解决这些问题，加利福尼亚大学洛杉矶分校化学与生物化学系黄昱, Kang L. Wang & 段镶锋教授团队开发了一类新的手性分子插层超晶格（CMISs），通过将选定的手性分子插层到二维原子晶体（2DACs）中，形成由交替的晶体原子层和自组装手性分子层组成的有序超晶格结构。这类CMISs展示了强大的CISS效应，自旋极化率超过60%，远强于非中心对称分子中的本征自旋轨道耦合效应。【科学亮点】（1）实验首次引入手性分子插层技术，将手性分子引入到二维原子晶体（2H–TaS2）中，形成了手性分子插层的TaS2杂化超晶格。通过这一技术，成功引入了非中心对称性，为实现非常规手性超导性提供了新的途径。（2）实验通过一系列方法验证了杂化超晶格中非常规超导性的存在：&bull 通过测量上临界场，发现面内上临界场远超Pauli顺磁极限，表明存在非常规超导态。&bull 通过Little–Parks测量，观察到稳健的π相移，进一步支持了非常规配对对称性的存在。&bull 通过测量无场超导二极管效应（SDE），证实了超导状态中的时间反转对称性破缺（TRSB），进一步支持了手性超导性的存在。（3）这些实验结果表明，晶体原子层与自组装手性分子层之间的相互作用可能导致独特的拓扑量子材料。具体表现为，结合丰富物理性质的层状晶体与可设计结构图案和功能基团的手性分子，可以为开发人工量子材料开辟新的途径。【科学图文】图1：手性分子嵌入层状超导体2H–TaS2。图2：热塑性聚氨酯弹性体 thermoplastic polyurethane ，TPU纳米纤维中，液态金属liquid metal，LM颗粒，对压印导电路径的影响。图3：具有液态金属颗粒的纳米纤维膜LMNM的机械和电气性能以及稳定性。图4：在原始pristine和手性分子TaS2插层中，测量的临界电流Ic。【科学结论】本文揭示了手性分子插层对2H–TaS2中非常规超导性的关键作用，并提供了多种实验证据支持这一发现。首先，作者观察到异常大的面内临界场Bc2,||，这超出了传统Pauli顺磁极限，暗示着可能存在不同寻常的超导机制。其次，通过Little–Parks测量，在多种冷却序列下观察到了稳健的π相移，这表明存在非传统的配对对称性。最引人注目的是，作者发现在超导态中存在无场超导二极管效应（SDE），其稳定性和对外部磁场历史的不敏感性进一步支持了手性分子插层系统中可能存在的时间反转对称性破缺。这些发现不仅拓展了对超导性质的理解，还为设计和合成新型拓扑量子材料提供了新的思路。通过合理设计分子结构和层状晶体的组合，作者可以调控材料的拓扑相，从而探索其在量子信息和量子计算中的潜在应用。此外，本研究还突显了在材料科学中运用分子设计策略的重要性，这种策略不仅可以提高材料的性能和功能，还能够引导出新型材料的发现与开发。通过深入理解分子与晶体结构之间的相互作用，作者可以为制备更高效、更稳定的拓扑量子材料奠定坚实的基础，推动材料科学的前沿研究和应用。原文详情：Wan, Z., Qiu, G., 2, H. et al. Unconventional superconductivity in chiral molecule–TaS2 hybrid superlattices. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07625-4

中国科大微尺度物质科学国家实验室的陈仙辉课题组近日在铁基超导体研究领域又取得重要进展。研究表明，探寻晶格与自旋自由度之间的相互作用对理解高温超导电性机理是非常重要的。该成果发表在5月7日出版的《自然》杂志上(Nature 459，64(2009).)。上述研究工作是与中国科大国家同步辐射国家实验室的吴自玉合作完成的。 　　最近，在铁基磷族化合物中发现的超导电性由于其超导临界温度突破了传统BCS理论预言的麦克米兰极限(39K)，掀起了又一次的高温超导研究热潮。理论研究表明，该体系的电-声子相互作用并不能解释如此高的超导临界温度，并且提出强的铁磁/反铁磁涨落机制。但是，实验显示，铁基超导体的超导电性与磁性对晶体结构非常敏感，这表明体系可能存在非传统的电-声子相互作用。 　　陈仙辉课题组通过氧和铁同位素交换，研究SmFeAsO1-xFx和Ba1-xKxFe2As2两个体系中超导临界温度(Tc)和自旋密度波转变温度(TSDW)的变化，发现Tc的氧同位素效应非常小，但是铁同位素效应非常大。令人惊奇的是，该体系铁同位素交换对Tc和TSDW具有相同的效应。这表明在该体系中，电-声子相互作用对超导机制起到了一定的作用，但是并不是简单的电-声子相互作用机理，可能还存在自旋与声子的耦合。铁基超导体中，Tc以及SDW的铁同位素效应都要大于氧的同位素效应。这可能是由于铁砷面是导电面，因而其对超导电性有很大的影响，并且自旋密度波有序也是来自于铁的磁矩。在铜氧化合物高温超导体中，超导临界温度的同位素效应随掺杂非常敏感。在最佳掺杂，同位素效应几乎消失，而随着降低掺杂逐级增大并在超导与反铁磁态的边界上达到最大值。这表明在铜氧高温超导体中同位素效应与磁性涨落也有着密切联系。这种反常的同位素效应表明电-声子相互作用在铜氧化合物中也同样非常重要。因而，陈仙辉教授的发现表明，探寻晶格与自旋自由度之间的相互作用对理解高温超导电性机理是非常重要的。 　　陈仙辉课题组从2008年发现高温铁基超导体SmFeAs(O,F)体系后，在铁基高温超导体的研究中取得了一系列的重要进展：在国际上首创了自助溶剂法制备铁基122结构的单晶 系统研究了铁基1111以及122结构的铁基超导体电子相图，并研究了随掺杂体系的物理性质的变化，提出了在铁基超导体中存在SDW与超导共存的实验现象。同时， 陈仙辉教授与国内外著名研究组进行了广泛的合作，取得了系列成果：通过研究Andreev反射发现铁基超大体具有s波的超导能隙，并且具有传统BCS超导体的行为 通过μ介子自旋证实了SmFeAsO1-xFx体系中存在磁涨落与超导共存 并且通过APRES实验证实在122体系存在SDW与超导共存 通过中子散射研究了122体系以及1111体系的磁结构 通过STM直接观察铁基超导体超导态磁通点阵。 　　截至目前，陈仙辉教授课题组在铁基超导体研究中，在《自然》上发表论文3篇，Nature Materials发表论文1篇，Physical Review Letters发表论文9篇，J. Am. Chem. Soc. 发表论文1篇。其中，去年发表的一篇论文(Nature 453，761 (2008))为当年发表论文引用次数最多的五篇论文之一。

1 月14 日，安捷伦科技隆重召开主题为“安全便捷 橙动中国”的工业电子测量仪器中国经销商年会暨新闻发布会，宣布推出具有优秀移动性、高精度和良好经济性的安捷伦工业电子测量仪器系列产品。安捷伦同时还宣布，部分手持式仪器开始使用更醒目的橙色作为外表颜色，以突出体现安捷伦在确保用户安全方面的不懈努力。这种颜色更鲜明，具有更高的可见度，并且在工业上通常用于表示“警示色”，可以提醒用户注意安全。 　　安捷伦副总裁兼基础仪器部总经理 Ee Huei Sin 表示：“全球越来越多的现场工程师和技术人员希望，测量仪器能够方便地运输、安装和维护。为满足这些需求，仪器必须具有以下 3 个关键特性：移动性、精度和经济性。安捷伦工业电子测量仪器(IET)的设计初衷是为这些关键领域提供高价值的测试设备。其中包括台式、手持式和模块化设备，例如基本型电源、 台式和手持式数字万用表、手持式示波器、USB 数据采集设备、显示器测试仪、Agilent VEE 软件和连通性网关。”她特别强调，“客户要求的其实是低端化的高端产品，我们希望借助安捷伦的高端科技实力，专注于基于客户需求进行产品研发。”目前，IET已经成为安捷伦增长最为快速的部门，即使遭遇经济危机冲击，依然保持年均两位数的增长。 　　最新推出的安捷伦 U1210 系列手持式钳形表 具有高达 1000 A 的大电流测量能力，能够测量直径达 2 英寸的电缆。为进一步保护工程师和技术人员在高电压和大电流环境下进行工作的安全性，安捷伦 U1240B 和 U1250B 系列数字万用表(DMM)和 U1210A 钳形表具有 CAT III 1000 V、CAT IV 600 V 的安全等级。上述数字万用表均获得 IEC 61010 和 CSA 标准认证，并通过了比这些标准更严格的附加高压(“高压绝缘试验”)测试。 　　在本次经销商大会上，记者见到了安捷伦工业电子测试仪器的全国各地授权一级分销商和不同产线的授权代理商。一个直观的感觉就是，通过工业电子测试仪器和基础仪器的推广，安捷伦正在不断加强自己在全国的分销渠道建设，亚太区渠道经理陈力就坦言：“安捷伦的高端仪器确实更适合直销模式，但基础仪器和工业测试仪器则更适合交给代理商，因为他们可以提供更好地市场覆盖和产品供货，能够让许多较为偏僻地区的用户可以快速购买到急需的安捷伦产品。”在现场有许多相关的电子分销商正是伴随着安捷伦近年来在工业电子测试仪器和基础仪器方面的优秀市场表现共同成长。 　　另一方面，陈力也介绍：“虽然我们的竞争对手进行了渠道整合，但这对安捷伦是个机遇而非简单的挑战。因为安捷伦的渠道策略更为专业更为集中，让代理商能够明确根据自己的实际选择适合自己销售的产品领域，通过培训代理商相关知识，使其也会变得更为专业的产品代理商，从而为客户提供更高品质的服务。一些原有竞争对手的代理商最近纷纷加入安捷伦代理商家庭，这就是最好的成绩。”

低温下电阻随温度的线性变化是奇异金属态的重要特征，在非常规超导材料中常被发现。高温超导电性对这种奇异金属态的依赖关系一直是高温超导机理研究中备受关注的问题，可能隐含了破解高温超导机理的“密码”。一般情况下，高温超导体的电阻随温度的变化既包含线性项，又包含温度的平方项，近似可用一个温度的幂律函数即R(T) = R0 + ATα, 或是R (T) = R0+ AT + BT2 来描述。幂指数α=1是奇异金属态，系数A的值为零则表明奇异金属态消失。 近日，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心研究员孙力玲小组与研究员邱祥冈等，联合美国普林斯顿大学教授R. Cava、美国加利福尼亚大学洛杉矶分校教授N. Ni， 对具有奇异金属态的铁基超导体Ca10(Pt4As8)((Fe0.97Pt0.03)2As2)5（简称为1048 超导体）中奇异金属态和超导态的压力响应行为进行了系统研究，发现了随着压力的增加，其超导转变温度（Tc）连续下降，同时幂指数由常压下的 α=1 逐渐增加，而系数A随着压力逐渐减小。在量子相变临界压力处，超导转变温度Tc和A系数同时趋于零，转变成具有非超导费米液体态的高压相。 这是首次在高温超导体中通过压力调控观察到奇异金属与超导态的共存共灭现象，揭示了这类超导体的超导电性对奇异金属态的依赖关系。研究通过对实验结果的进一步分析发现，1048超导体的Tc与A系数之间服从与其他高温超导体类似的经验关系（Tc~ A0.5）。 相关研究成果发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上。研究工作得到科学技术部、国家自然科学基金委员会、中科院战略性先导科技专项（B类）和松山湖材料实验室的支持。图1. 压力下超导转变温度对幂指数α和A系数的依赖关系。图2. (a)压力下1048超导体超导转变温度与系数A的变化关系；(b)不同的非常规超导体在压力下及常压掺杂得到Tc与A系数归一化后的关系，包括1048超导体和Sr0.74Na0.26Fe2As2超导体以及常压下掺杂的铜氧化物超导体及有机超导体。

【科学背景】不共格调制是指晶体中同时存在两种或多种不相容的周期性结构，例如磁场调制、离子和分子排列的非共格化，以及金属系统中的非共格电荷密度波。这种现象挑战了传统晶体学的描述框架，促使科学家提出超空间群方法来描述这些结构的复杂性。因此呢，科学家们通过工程化的方法，如半导体超晶格和图案化的二维电子气体，成功实现了不共格调制的人工控制。然而，现有平台往往面临原子尺度的高度无序性，限制了它们在研究脆弱电子基态和高迁移率输运中的应用。为了解决这些问题，麻省理工学院物理系J. G. Checkelsky团队团队报道了SrTa2S5体相范德华超晶格，成功实现了对二维过渡金属二硫化物（TMD）层的一维不共格结构调制。通过量子振荡等实验证据，研究团队证明了H-TaS2层中高质量的电子输运，在调制下表现出各向异性和与光刻调制的二维系统相似的共振振荡现象。此外，研究还发现了SrTa2S5中非常规的纯净限制超导性，表现出明显的层间相对层内相干性抑制。通过分析平面磁场依赖的层间临界电流和来自结构调制的电子衍射，研究团队提出了SrTa2S5中超导性是空间调制的可能性，并指出了TMD层之间的不匹配性。这一发现不仅为理解不同晶体材料中电子相的操控机制提供了新的视角，还为开发新型纳米电子器件和超导体提供了新的思路和方法。【科学亮点】1. 实验首次在SrTa2S5体相范德华超晶格中实现了一维不共格结构调制，这一调制影响了H-TaS2层的电子输运性质。2. 通过量子振荡证据表明，H-TaS2层中的高质量电子传输表现出明显的各向异性，这种行为类似于光刻调制的二维系统。3. SrTa2S5展示了非传统的纯净限制超导性，明显抑制了层间相对于层内的电子相干性。4. 平面磁场对SrTa2S5中层间临界电流的依赖性，以及来自结构调制的电子衍射表明其超导性在空间上存在调制特性，并在相邻TMD层之间呈现不匹配。5. 本研究提出了SrTa2S5作为探索密度波配对超导性的潜在平台，为研究非传统序的微观评估提供了一种可能途径。【科学图文】图1 | 周期调制晶体和结构调制的体块超晶格。图2 | SrTa2S5的输运各向异性和费米面结构。图3 | 条纹调制超晶格中的半经典共振振荡。图4 | 抑制层间相干性和平面各向异性的超导性。。【科学结论】本文展示了SrTa2S5体相范德华超晶格作为研究调制电子相的理想平台的潜力。通过实现一维不共格的结构调制，研究人员首次在这一材料中探索到了高度各向异性的电子输运特性，并观察到了与光刻调制二维系统相似的共振振荡现象。此外，SrTa2S5还展现出非常规的超导性质，其中层间相干性显著抑制，这为研究超导性的空间调制性质提供了新的案例。这些发现不仅揭示了体相范德华超晶格在探索调制电子相中的多功能性，还为理解和设计未来范德华异质结构及其宏观应用提供了深远的启示。通过局部扫描探针、宏观散射实验以及范德华器件制备技术，可以进一步探索SrTa2S5中的密度波配对序，这将有助于开拓新的电子材料设计和功能性器件的发展路径。原文详情：Devarakonda, A., Chen, A., Fang, S. et al. Evidence of striped electronic phases in a structurally modulated superlattice. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07589-5

3月16日，中国科学院合肥物质科学研究院研制的超导回旋质子治疗系统加速器束流经过能量选择系统与二四极铁、治疗头等传输系统到达系统治疗头，实现200MeV（兆电子伏）稳定质子束流从治疗室引出，这标志着国产世界上最紧凑型超导回旋质子治疗系统研制成功。质子治疗作为一种新型的放疗技术，具有治疗效果好、副作用小、患者恢复快的特点，是国际上先进的新型治疗肿瘤方法。因引进质子设备费用及运维成本高，国内缺乏质子治疗高端医疗装备，研制具有自主知识产权的国产质子治疗装备及推动产业化应用前景广泛。合肥研究院等离子体物理研究所质子治疗系统研发团队历经五年，依靠自主研发，先后突破部件研制、集成总装、系统联调测试等多项关键节点中的卡脖子技术。研制出目前世界上最紧凑型超导回旋质子治疗系统加速器并引出200MeV的质子束流，实现了紧凑型超导加速器技术的自主可控。该加速器超导磁体电流密度达到140A/mm2，是国内外同类装置磁体水平的3倍；静电电场达到170kV/cm国际最高应用水平；加速器实现3.0特斯拉最高场强；直径缩小25%，仅2.2米，总重不超过50吨。历经数月系统调试，实现治疗室束流引出，解决了高精度束流传输与精准适形治疗兼容性难题，掌握了高精准控制与精准定位技术。此外，完成国内首个超临界氦外冷却超导二极铁系统研发和小型化超导旋转系统设计，大幅度降低研制和建筑成本。近年来，合肥研究院和合肥市政府合作，依托合肥综合性国家科学中心创新平台，成立合肥中科离子公司开展国产超导回旋质子治疗系统的自主研发及推动质子高端医疗装备的产业化。合肥研究院等离子体所在建设运行国家大科学装置中储备关键技术，加速推动大科学工程衍生技术落地生根，将超导、磁体、低温等技术应用于高端医疗装备产业，面向经济主战场、面向人民生命健康，服务“健康中国”国家战略和国家大健康产业发展。国产最紧凑型超导回旋质子治疗系统分布示意图国产最紧凑型超导回旋质子治疗系统加速器国产最紧凑型超导回旋质子治疗系统治疗室束流引出数据图国产最紧凑型超导回旋质子治疗系统治疗室

水蒸气透过量测试仪是用于测量材料或包装对水蒸气渗透性的重要工具，它广泛应用于食品、药品、化妆品等行业的包装检测中。本文将详细介绍水蒸气透过量测试仪的三种测试方法，并探讨它们之间的不同之处。一、杯式法测试杯式法测试是水蒸气透过量测试仪常用的一种测试方法。该方法通过模拟自然环境中的水蒸气渗透过程，来评估材料或包装对水蒸气的阻隔性能。测试原理：杯式法测试将待测材料或包装置于一个装有干燥剂的密封杯中，然后将该杯子置于恒定的温度和湿度环境中。随着时间的推移，水蒸气会从待测材料或包装中渗透出来，与杯中的干燥剂发生反应。通过测量干燥剂的质量变化，可以计算出待测材料或包装的水蒸气透过量。特点与优势：接近实际环境：杯式法测试模拟了自然环境中的水蒸气渗透过程，因此测试结果具有较高的参考价值。操作简便：该方法操作简单，无需复杂的设备或技术。适用范围广：杯式法测试适用于各种形状和尺寸的材料或包装。局限性：测试时间较长：由于需要模拟自然渗透过程，因此测试时间相对较长。受环境影响大：测试结果可能受到环境温度、湿度等因素的影响。二、电解法测试电解法测试是另一种常用的水蒸气透过量测试方法，它基于电解原理来测量水蒸气透过量。测试原理：电解法测试通过测量待测材料或包装两侧的水蒸气浓度差，利用电解原理将水蒸气转化为可测量的电流信号。通过测量电流信号的大小，可以计算出待测材料或包装的水蒸气透过量。特点与优势：测试速度快：电解法测试具有较快的测试速度，能够在短时间内得出结果。灵敏度高：该方法对水蒸气透过量的测量具有较高的灵敏度。自动化程度高：电解法测试设备通常具有较高的自动化程度，能够实现自动测量和数据处理。局限性：对样品要求高：电解法测试对样品的要求较高，需要确保样品的密封性和完整性。设备成本较高：电解法测试设备通常较为昂贵，不适合小型企业或实验室使用。三、红外光谱法测试红外光谱法测试是一种新型的水蒸气透过量测试方法，它利用红外光谱技术来测量水蒸气透过量。测试原理：红外光谱法测试通过测量待测材料或包装两侧的红外光谱信号，利用红外光谱分析技术来确定水蒸气透过量。该方法通过分析红外光谱信号中的特定波长段的强度变化，来评估材料或包装对水蒸气的阻隔性能。特点与优势：非接触式测量：红外光谱法测试无需与待测材料或包装直接接触，因此不会对样品造成损伤。高精度测量：该方法具有较高的测量精度和稳定性。适用于特殊环境：红外光谱法测试适用于高温、高压等特殊环境下的水蒸气透过量测量。局限性：设备成本高：红外光谱法测试设备通常较为昂贵，需要较高的投资成本。技术难度大：红外光谱分析技术较为复杂，需要专业的技术人员进行操作和分析。结论水蒸气透过量测试仪的三种测试方法各有特点与优势，同时也存在一定的局限性。在实际应用中，应根据具体的测试需求和条件选择合适的测试方法。例如，对于需要快速获取测试结果的场合，可以选择电解法测试；对于需要模拟实际环境进行测试的场合，可以选择杯式法测试；而对于特殊环境下的水蒸气透过量测量，可以选择红外光谱法测试。通过选择合适的测试方法，可以更准确地评估材料或包装对水蒸气的阻隔性能，为产品质量控制和改进提供有力支持。

今天(9月19日)，备受社会关注的首届“未来科学大奖”在北京举行了新闻发布会，揭晓了首届获得现设“生命科学奖”和“物质科学奖”两个年度奖项的科学家名单。生命科学大奖由香港中文大学卢煜明教授获得，物质科学奖由清华大学薛其坤教授获得，获奖者将获得单项100万美元的奖金。或成为“中国诺贝尔奖”　　未来科学大奖于2016年1月17日在北京正式成立，共设立“生命科学大奖”和“物质科学大奖”两个奖项，奖金各为100万美元。以表彰在这些领域对人类作出重大贡献的科学家，要求其获奖工作主要在中国大陆或港澳台地区完成，但不限国籍。获奖者可以是个人或者团队，原则上每个奖项不超过5名获奖者。　　未来科学大奖设立的消息引发全社会的广泛关注，被期冀成为“中国的诺贝尔奖”。诺贝尔奖获得者、著名物理学家杨振宁先生也指出，“未来科学大奖是第一个延生于中国民间公益组织，由企业家群体发起成立的奖项，填补了中国民间权威科技奖项的空白 瑞典有诺贝尔奖，香港有邵逸夫奖，而未来科学大奖作为后起之秀将产生更加深远的影响。”后续将增加数学、计算机等奖项　　未来科学大奖首期募集100%由中国人出资，生命科学捐赠人包括丁健、李彦宏、沈南鹏、和张磊。物质科学捐赠人有邓锋、吴鹰、徐小平，和吴亚军。未来论坛创始理事兼秘书长武红则透露，根据目前的奖金捐赠情况，第二届未来科学大奖已确定新增数学与计算机科学奖项，未来还将陆续扩大奖项范围，增加应用技术等奖项。　　未来科学大奖科学委员会主要为大奖评选提供科学专业和学术支撑，由9人组成。第一任委员会包括两位数学家(夏志宏、田刚)、两位物理学家(丁洪、文小刚)、两位化学家(何川、谢小亮)、两位生物学家(饶毅、王晓东)和一位计算机学家(李凯)。2016年生命科学大奖获奖人：卢煜明　　卢煜明(LO Yuk Ming Dennis)，分子生物学临床应用专家，尤其致力于研究人体内血浆的DNA和RNA。现为香港中文大学李嘉诚健康科学研究所所长、李嘉诚医学讲座教授兼化学病理学讲座教授。　　“生命科学奖”获奖者卢煜明基于孕妇外周血中存在胎儿DNA的发现，在无创产前胎儿基因检查方面做出了开拓性贡献。卢教授在1997年和1998年的工作中发现，母体血液中存在着胎儿的游离DNA。基于这些早期发现，卢教授展开了一系列前沿工作来研究这些胎儿游离DNA的特性，证明了使用胎儿游离DNA来诊断遗传性疾病的可行性和实际性，最终开创了利用第二代基因测序来检测唐氏综合症的新途径，并在90多个国家得到了应用。　　获奖评语：　　奖励他基于孕妇外周血中存在胎儿DNA的发现在无创产前胎儿基因检查方面做出的开拓性贡献。　　主要贡献：　　“生命科学奖”获奖者卢煜明基于孕妇外周血中存在胎儿DNA的发现，在无创产前胎儿基因检查方面做出了开拓性贡献。卢教授在1997年和1998年的工作中发现，母体血液中存在着胎儿的游离DNA。基于这些早期发现，卢教授展开了一系列前沿工作来研究这些胎儿游离DNA的特性，证明了使用胎儿游离DNA来诊断遗传性疾病的可行性和实际性，最终开创了利用第二代基因测序来检测唐氏综合症的新途径，并在90多个国家得到了应用。仅在中国，每年就有超过一百万孕妇接受这项测试。这种革命性的方法为全球无数孕妇提供了无创产前诊断。　　孕妇产前诊断能避免胎儿遗传病的发生。例如，唐氏综合症，即21三体综合症是一种常见的遗传性疾病，病因在于胚胎染色体异常(多了一条21号染色体)，导致体格发育迟缓及智力缺陷。孕妇产前检查可以诊断及避免唐氏综合征。然而，唐氏综合征及类似遗传性疾病的常规产前检查均需实施羊水穿刺后进行DNA分析，这种创伤性的检测会增加终止妊娠的风险.科学家们一直在致力于研发非侵入性产前诊断技术检测胎儿遗传异常。虽然胎儿有核细胞能够进入母亲的血液，但这些细胞数量稀少。卢教授在1997年和1998年的工作中发现母体血液中存在着胎儿的游离DNA 。基于这些早期发现，卢教授展开了一系列前沿工作来研究这些胎儿游离DNA的特性，证明了使用胎儿游离DNA来诊断遗传性疾病的可行性和实际性 ，卢教授的工作最终使得利用第二代基因测序来定量测量胎儿DNA的方法用于唐氏综合症检测。这种无创产前检测已用于90多个国家。仅在中国，每年就有超过一百万孕妇接受这项测试。这个革命性的方法为全球无数的孕妇提供了无创产前诊断。2016年物质科学大奖获奖人：薛其坤　　薛其坤，1963年出生于山东临沂市。材料物理专家，中国科学院院士，清华大学副校长。2012年提出界面高温超导，2013年发现量子反常霍尔效应，开辟全新领域。曾入选万人计划首期杰出人才，2014年求是杰出科学家奖，和何梁何利科学与技术成就奖。发表SCI论文300余篇(包括3篇science、3篇nature physics、30篇Phys. Rev. Lett.、1篇PNAS、40余篇Phys. Rev. A/B、40余篇Appl. Phys. Lett.和4篇英文特邀综述文章或书章节)，文章被引用3900多次(两篇代表性文章PRL94和PRL95分别被引用215次和126次)。　　获奖评语：　　奖励他在利用分子束外延技术发现量子反常霍尔效应和单层铁硒超导等新奇量子效应方面做出的开拓性工作。　　主要贡献：　　薛其坤利用分子束外延技术，在对奇特量子现象的研究中取得了突破性的发现。分子束外延生长是一种先进的薄膜生长方法，能在材料衬底上一层一层地生长单晶薄膜。他和合作者制备了多种高质量的单晶薄膜材料，这使他们首次发现量子反常霍尔效应和在钛酸锶衬底上的单层铁硒高温超导现象。这两个发现被许多研究小组重复出来，并在全世界范围内激发出更多的相关研究活动，有望进一步提升量子反常霍尔效应和界面超导的临界温度，从而具有更大的实用价值。　　在一个通常的导电材料中，电流是线性正比于外加的电压，电压和电流的比值则是这个材料的电阻，这就是人们熟知的欧姆定律。欧姆定律同时也意味着电流的传输会产生热，产生的热量正比于电阻以及电流的平方。这正是人们为什么可以利用电流来产生有用的热，但这也是为什么电流会浪费无用的热甚至会产生有害的热，目前整个微电子产业都面临着发热的瓶颈问题。但是，在以下两个奇异的量子现象中 - 超导和量子霍尔效应，发热问题可以被完全避免，也就是说欧姆定律可以被完全违反。正是由于它们可能对人类社会带来巨大的应用前景，对这两种量子现象的研究成为过去几十年内凝聚态物理的热点研究领域。同时，这些研究经常是以跳跃的方式，极大丰富了人类的知识库，并不时地突破凝聚态物理的范畴。超导领域中获得的五项诺贝尔奖和量子霍尔效应领域中获得的两项诺贝尔奖就是很好的证明。　　清华大学的薛其坤利用分子束外延技术，在对这两种量子现象的研究中取得了突破性的发现。分子束外延生长是一种先进的薄膜生长方法，能在材料衬底上一层一层地生长单晶薄膜。他和合作者制备了多种高质量的单晶薄膜材料，这使他们首次发现量子反常霍尔效应和在钛酸锶衬底上的单层铁硒高温超导现象。　　量子霍尔效应是指强磁场下二维电子材料中出现的横向电导(电阻的倒数)量子化现象。它的另一个重要特征是纵向电阻消失：电子可以在材料的边缘上不发热地传导。量子反常霍尔效应是指由磁性极化电子代替外加磁场所产生的量子化的霍尔效应。由于磁性极化电子模拟出的外加磁场比现有实验室可达到的最强外加磁场高一百倍，量子反常霍尔效应被认为是未来室温量子器件的一种可能实现方法。虽然理论上人们认为这种效应完全可以存在，但真正实现量子反常霍尔效应在材料制备和原位测量上存在着巨大的挑战。2012年12月薛其坤领导的小组首次报道，利用分子束外延方法生长出铬掺杂(Bi,Sb)2Te3拓扑绝缘体的薄膜，并用该薄膜制备场效应器件，在极低温和零磁场条件下观察到霍尔电阻达到了量子化的数值即h/e2 约25.8千欧姆，标志着实验上首次实现量子反常霍尔效应。　　超导现象是一种宏观量子现象，指的是当温度低于一个特定的临界温度(Tc)时，一些材料中出现的完全零电阻和理想抗磁的现象, 超导现象于1911年在水银中首次发现(Tc ~ 4K or -269摄氏度, 是非常低的温度)。1986年人们在一些铜氧化合物材料中发现了高很多的Tc(77 K，或高于液氮温度)，2008年又在一些铁砷或铁硒材料发现了较高的的Tc(40 K)。2012年2月薛其坤领导的小组首次报道，利用分子束外延方法，在导电钛酸锶衬底上生长出的单层铁硒具有大幅提高的Tc(40 K，甚至可能超过77K)，相比之下块材的铁硒Tc只有约10 K。这个发现完全出乎意料，因为很薄的薄膜材料一般会压制Tc，因此这个发现开辟了一种界面增强超导的新途径。　　薛其坤做出的这两个发现被许多研究小组重复出来，并在全世界范围内激发出更多的相关研究活动，有望进一步提升量子反常霍尔效应和界面超导的临界温度，从而具有更大的实用价值。