从出生到未来，一文读懂高温超导的所有猫腻

。在1980年代末，中国的凝聚态物理学研究尚处于方兴未艾的状态，国内的科研硬件和人才储备都落后于世界。随着我们综合国力的不断增长，科技投入的逐年增加，本土培养和海外引进的人才实力越来越雄厚，实现新的科学突破也在期待之中。可以说，我国凝聚态物理的核心力量群体，几乎都经历过铜氧化物高温超导那段激动人心的年代，经过高温超导中艰深物理问题的历练，同时许多尖端仪器技术也得以不断优化改进。一切的积累，只为等待新的机遇。

铁基超导的发现再一次突破超导材料探索的"普适规律"，因为通常认为铁离子带有磁性，会极大地破坏超导。出乎意料的是，铁砷化物母体中掺杂如钴和镍等磁性离子后，反而会诱发超导电性，这意味着磁性和超导完全可以"和平共处"。尽管德国科学家雅伊奇科（W. Jeitschko）的研究组从1977年到1995年一直在研究和LaFePO具有类似结构的化合物，他们却和铁基超导的发现擦肩而过。而非超导领域的日本科学家细野秀雄则幸运地把握住了机会，发现这类铁磷族氧化物存在超导电性，并在他们发表的论文中引用了德国科学家的成果。中国科学家敏锐地注意到了这几篇重要的引文，并在第一时间利用稀土替代效应和高温高压迅速合成材料方法成功突破了麦克米兰极限，在极短的时间内吸引了全世界凝聚态物理学家的目光。在已发现的十余种铁基超导体系中，中国科学家独立发现了4种。他们并没有因此停下探索新铁基超导材料的步伐，特别是在铁硒基材料的研究中，不断涌现惊喜：2010年，中科院物理所和浙江大学的团队发现KxFe2-ySe2体系存在30开以上的超导电性；2012年，

清华大学和中科院物理所的团队在仅有一个原子层的FeSe薄膜上发现了65开以上的超导电性，在上海交通大学、复旦大学、北京大学等研究团队的推动下，发现这类超导现象可能源于界面效应，还有可能出现100开以上的高温超导电性；2014年，中国科技大学的团队在插层的(Li1-xFex)OHFe1-ySe体系中发现42开的超导电性，2015年再次在门电压调控的FeSe单晶材料中实现48开的超导电性……

典型超导材料发现年代及其临界温度

令人欢欣鼓舞的是，中国科学家在铁基超导领域做出的贡献，远远不局限于材料的发现和临界温度的提高，而是在实验、理论和应用等各个方面都做到了世界领先。由于掌握了样品材料的先机优势，中国科学家率先广泛地开展了铁基超导的物性和机理研究。实验物理学家迅速重复了日本科学家的结果，并在此基础上开展了常规的电、磁、热输运等物性测量，以及初步的电荷动力学和超导能隙测量；从这些早期数据中，理论物理学家推测铁基超导材料具有自旋密度波形式的长程磁有序，这意味着铁基超导材料极有可能和铜基超导材料一样，同属于非常规超导体，随后中子散射等实验给出了确切的证据。

已知的多个体系的铁基超导材料的磁结构都是由中国或华人物理学家团队确定的。最先获得高质量单晶样品后，中国物理学家开展了首个电子结构和能隙分布的角分辨光电子能谱测量，确认这类材料具有多个费米面，且超导能隙都是各向同性的，最早从实验上给出了多带超导的直接证据。接着，一系列深入而系统的高质量研究成果频现中国：强磁场输运实验发现铁基超导材料具有很高的上临界场，且超导倾向于各向同性；红外光谱实验发现谱重转移现象和电子的洪特关联态；扫描隧道谱实验最早发现了磁通束缚态，并对磁通涡旋、表面重构、超导能隙空间部分等开展了详细的研究；核磁共振实验研究了超导和磁有序共存的物理问题，发现低能自旋涨落对超导起关键作用；中子散射实验对磁有序、磁激发和高能自旋涨落谱开展了非常系统的研究，指出形成高温超导电性的关键是磁性涨落，并率先发现各种奇异量子态；基于理论计算，成功预言了铁基超导的多种物理特性并提出可能的高温超导微观模型；在材料应用上，成功利用铁基材料获得了很高的临界电流密度和高质量的超导薄膜。不仅如此，中国科学家还和国际同行开展了广泛的合作，近些年的国际会议里，中国和华人科学家已经成为铁基超导研究的主角。

在铁基超导材料探索过程中，中国科学家还发现了许多"副产品"。例如，2011-2013年，发现一类具有和铁基材料相同结构的Li(Zn,Mn)As、(Ba,K)(Zn,Mn)2As2等稀磁半导体；2013年，发现TlNi2Se2和TlNi2S2等重费米子超导材料；2014-2015年，发现第一个在高压下呈现超导性质的铬基和锰基超导材料CrAs和MnP，发现第一个准一维铬基砷化物超导材料K2Cr3As3。

2011年，在碱金属掺杂的少层石墨烯、三苯环和七苯环结构的稠环芳香烃中发现了超导电