复旦研究新成果为寻找常温超导材料提供线索

步天涵谷

电影《阿凡达》中的哈利路亚山之所以能够悬浮在半空中，是因为它是由潘多拉星球上的常温超导材料构成的。但是截至目前，科学家们所发现的超导材料都必须在至少零下120℃左右才能实现超导的功能，为了寻找常温下的超导材料，各国科学家已经忙了100年。复旦大学物理系应用表面物理国家重点实验室及先进材料实验室的封东来教授课题组，最近率先揭示了2010年末发现的新型铁基高温超导体KxFe2Se2与众不同的奇异的电子结构，这为寻找常温超导材料提供了线索。
   
    超导现象是20世纪人类最重大的发明之一。1911年，荷兰莱顿大学的卡末林—昂内斯意外地发现，将汞冷却到零下268.98℃的转变温度时，汞的电阻突然消失了，电流可以毫无阻力地通过导线；后来他又发现许多金属和合金都具有与上述汞相类似的低温下失去电阻的特性，由于它的特殊导电性能，卡末林—昂内斯称之为超导态。这一发现引起了世界轰动。此后，人们将处于超导状态的导体称为超导体，将具有在一定的低温条件下呈现出零电阻以及排斥磁力线性质的材料称为超导材料。而1911年也被作为超导元年。但直到1959年，超导材料的特性才被科学家们真正理解，超导材料的发现者也被授予了当年的诺贝尔奖。
   
    100多年来，科学家们一直希望能够将超导材料的转变温度提高到常温。到了上世纪70年代，终于有超导材料可以在零下250℃左右实现转变。1986年，科学家发现了高温超导体——铜氧化物，而所谓的“高温”仍然必须达到零下120℃。直到2008年，超导家族才出现了第二个成员——铁基化合物。虽然它的转变温度目前最高才达到零下217℃，但它的出现意味着超导家族有可能出现更多的新成员。
   
    去年年底，日本物理学家发现了一种全新的铁基超导体KxFe2Se2，超导转变温度达零下242℃，封东来教授的课题组在去年12月24日得到了这一超导材料，在当月29日完成了这一材料的电子结构解析，发现这一材料的电子结构与以往的铁基超导体完全不同。这意味着超导体材料实现超导转变可以有不同的方式，之前建立的铁基超导体的普遍图像遭到颠覆；这使科学家离发现常温超导材料更近了一步。目前，该项研究已经在线发表在《Nature Material》上。
   
    据封东来教授介绍，常温超导材料一旦发现，意味着今后超导材料将可以用于我们生活的任何方面，进而解决能源、环境等问题。比如电脑很大一部分能量耗散是电阻发热造成的，如果有了超导，充一次电就可以用几个月。