从出生到未来，一文读懂高温超导的所有猫腻

性，为有机超导家族增添了几个新成员。特别是在高压技术的帮

助下，诸多新型的超导材料不断被发现，例如2013年在拓扑绝缘体Bi2Se3、Sb2Te3等材料中发现超导；2015年在巨磁阻材料WTe2中发现超导；2015年在拓扑材料ZrTe5和HfTe5中发现超导。

越来越多的铁基超导重要研究成果来自中国，中国科学家已经走在了引领国际超导研究潮流的先锋队伍当中。正如美国《科学》杂志一篇题为《新超导体将中国物理学家推到最前沿》的报道所言："中国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。" 2008年铁基超导被多家机构评为世界十大科学进展之一，中国铁基超导研究团队获得了2009年度"求是杰出科学成就集体奖"和2013年度国家自然科学一等奖，这些奖项的获得极大地鼓舞了铁基超导相关科研人员的信心。我们完全有理由相信，未来的高温超导研究中，一定会有更多的惊喜来自中国。

超导研究挑战与展望

铁基超导的发现，不仅意味着科学家终于在20多年后找到了另一种高温超导材料，更意味着探寻非常规超导或高温超导机理多了许多可能的道路。铁基超导的物理性质非常丰富，是沟通非常规超导和常规超导的完美桥梁。例如，铁基超导材料具有层状晶体结构和反铁磁母体结构，超导和磁性之间存在竞争和共存，有着复杂的电子态相图，自旋涨落可能在超导电子配对过程中起着关键作用，这些都是具有20开以上临界温度的非常规超导材料的共性。然而，铁基超导母体并非像铜氧化物一样是绝缘体，而是金属态，内部电子间虽然存在相互作用和关联，但其关联强度属于中度，采用传统的理论数值计算方法可以预言出大体的电子态性质，这和常规的金属超导体又十分相似。特殊的地方还在于，类似于常规超导体MgB2，铁基超导材料也是多带超导体，这给铁基超导的机理研究带来了巨大挑战，因为现有的物理手段难以精确测定每一类电子在超导态中的具体角色，更何况不同类电子之间并不是完全独立的，互相之间还存在复杂的相互作用。幸运的是，铁基超导材料的灵活度非常大，几乎在材料中的每一种原子位置进行类似的元素替代或掺杂都可以引起超导，高压、水或离子插层、载流子注入等多种方法同样可以实现超导，这样就可以多方位地调控超导、磁性、电子态等，有利于寻找出具体的关键物理因素。

高压是寻找新超导材料的一个非常有效的工具。一方面，高压可以在新颖材料中探索超导电性的可能；另一方面，高压可以提高超导材料的临界温度，如常压下汞系铜基超导体临界温度记录为135开，高压下可提升至164开；常压下LaFeAsO1-xFx体系临界温度为26开，高压下可以达到43开。事实上，即便在BCS理论框架下，如果能够实现高密度轻元素金属，也极有可能获得高温超导体。早就有理论预言，金属氢材料可能是室温(临界温度大于300开)超导体，然而多年的尝试并未获得成功。2014年，吉林大学的研究人员从理论上预言H2S-H2化合物在高压下可实现191开的高温超导，将突破164开的临界温度记录。2015年，德国物理学家在实验上成功测量了200万个大气压下的H3S的电阻和磁化率，发现了高达203开的超导电性，距离300开的室温超导之梦已经咫尺之遥。

2016年是高温超导发现30周年，随着铁基超导的助力，高温超导机理研究已经步入加速阶段，相信在不久的将来，高温超导机理的面纱终会全面揭开，整个凝聚态物理也将发生革命性的变化。纵观超导材料探索历史，几乎每年度都会有多个新型超导材料被发现，我们也完全有理由相信，有朝一日室温超导终会实现。在超导强电和弱电应用逐步商业化之后，作为未来材料，超导定然会给世界带来翻天覆地的变化。中国人的超导梦，将会走得更远。中国科学家的卓越贡献，也将永被世人铭记。

罗会仟，副研究员：中国科学院物理研究所，北京100190。hqluo@iphy.ac.cn

Luo Huiqian, Associate Research Professor: Institute of Physics, CAS, Beijing 100190.

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