第二代高温超导材料元素是什么（他们发现了起始转变温度为48.6开的锶镧铜氧化物超导体）

改革开放40年专题

为纪念改革开放40年，弘扬科技工作者爱国奋斗的时代精神，中国科学技术出版社对40年来我国重大科技成就进行了系统梳理。我们据此设置本专题，向改革开放过程中我国科技工作者“不辍行”的精神致以崇高敬意！

☞ 1986—1987年，中、美、日等国科学家在超导研究领域展开的激烈竞争，无疑是科技史上最动人心魄的篇章之一。

☞ 1986年12月26日，中国科学院物理研究所赵忠贤等人发现起始转变温度为48.6开的锶镧铜氧化物超导体，并观察到在钡镧铜氧化物超导体70开（开是绝对温度单位“开尔文”的简称）时出现的超导现象，中国的超导研究步入世界领先行列。

☞ 1987年，瑞士科学家柏诺兹和缪勒由于在高温超导领域的突出贡献而获得诺贝尔物理学奖，在接受媒体采访时，他们特意向远在中国的同行赵忠贤和他的研究小组致意，感谢他们在这一领域作出的突破性贡献。

走近超导体

我们在日常生活中都有使用电器的经历。电器使用一段时间后，机器通常都会发热，若使用时间过长，甚至还会因过热而烧毁。这种现象是导体内部的电阻（当电子流过导线时，导线内部的材料阻碍其运动）造成的。

电阻造成的发热现象不仅影响电器的日常使用，而且在能源的利用上也是一大浪费。如目前的铜或铝导线输电，约有15%的电能消耗在输电线路上。

那么，有没有一种没有电阻的材料呢？答案是：有，它就是超导体。

超导体，顾名思义，就是导电性较一般导体更佳的“超级导体”。

1911年，荷兰科学家昂内斯发现，当汞冷却到4.2开时，汞的电阻就消失了。在随后的研究中，他还发现许多金属和合金也具有相同的特性。由于这些材料超乎一般导体的导电性，他把它们称为“超导态”或“超导体”。这一发现引起了整个科学界的震动，美国《商业周刊》称超导体的发现“比电灯泡和晶体管更为重要”。

“迈斯纳效应”示意图

1933年，荷兰的另外两名科学家迈斯纳和奥森菲尔德发现了超导体的另一个极为重要的特性：

当金属处在超导状态时，超导体内的磁场被排挤了出去，外加磁场能穿过其内部，此时超导体内呈现零磁场状态，即反磁性，人们将这种现象称为“迈斯纳效应”。

利用超导体的反磁性可以实现磁悬浮。这种超导磁悬浮可以被广泛应用于工程技术中，超导磁悬浮列车就是一例。此外，超导体还能广泛应用于开发超导导线、超导发电机、超导电磁力船、核磁共振断层扫描仪等。

中国超导走向世界

超导体的零电阻与反磁性特征必将开启新世纪能源革命的大门，但对低温的要求极大程度地限制了超导材料的应用，因此，探索高温超导体就成了无数科学家追求的目标。

1986年1月，瑞士科学家柏诺兹和缪勒首次发现钡镧铜氧化物在30开时出现了超导现象，但由于多种原因他们只把论文发表在了一家没什么名气的小杂志上。同时又由于超导史上曾多次有人宣称发现了高温超导体，但最终均以结果无法为他人所重复或被证伪而告终，因此，大多数科学家对发现高温超导体的报道总是持怀疑态度。这些使得学术界没有给予这一重大发现足够的关注。中国科学院物理研究所的赵忠贤是为数不多的几位认识到这篇文章重大意义的科学家之一。

1986年10月，赵忠贤和他的研究小组开始着手研究铜氧化物的超导性，和他们差不多同时展开研究的还有美国和日本的几个实验室，一场争分夺秒的竞赛由此展开。

1986年11月13日，东京大学实验室首次成功证实了柏诺兹和缪勒的成果。

1986年12月26日，赵忠贤和他的研究小组在锶镧铜氧化物中实现了起始温度为48.6开的超导转变，并在钡镧铜氧化物中观察到了70开时出现的超导迹象。这一发现震惊了世界，原因是这是当时发现的超导材料的最高温度。

为此，《人民日报》在1986年12月26日发表了题为“我发现迄今世界转变温度最高超导体”的文章。

世界科学家在这一发现的鼓舞下不断努力，各个实验室捷报频传，超导临界温度被不断刷新：

1987年2月19日深夜（20日凌晨），赵忠贤等发现了液氮温区的超导电性：转变温度达92.8开。

1987年2月24日，中国科学院数理学部召开新闻发布会，宣布在Ba-Y-Cu-O（钡-钇-铜-氧）中发现了液氮温区超导电性。这是国际上首次公布液氮温区超导体的元素组成。

1987年，赵忠贤（右一）与合作者陈赓华（左一）、杨乾声（左二）在实验室里

1987年3月18日晚，纽约希尔顿酒店一间能容纳1100人的大厅里涌进了3000多名学者、研究生和记者，一场在世界范围内持续了几个月的超导竞赛迎来了它的巅峰时刻。会议整整持续了7小时45分，后来被称作“物理学界的伍德斯托克摇滚音乐节”。当晚的五位特邀嘉宾分别来自瑞士、日本、美国和中国，他们代表着当时国际上研究成绩最为显著的五个小组。

其中，赵忠贤领导的研究小组由于首次公布了液氮温区的超导现象，在高温超导这个举世瞩目的新领域里为中国夺得了先发优势。

这场超导竞赛的领跑者柏诺兹和缪勒于1987年被授予诺贝尔物理学奖，在接受媒体采访时，他们特意向远在中国的同行赵忠贤和他的研究小组致意，感谢他们在这一领域作出的突破性贡献。

赵忠贤和他的研究小组也获得了国内外的无数荣誉，1989年，“液氮温区铜氧化物超导电性的发现”获得国家自然科学奖集体一等奖。

赵忠贤获第三世界科学院1986年度物理奖，图中授奖者为时任第三世界科学院院长萨拉姆

由于在超导领域的杰出贡献，赵忠贤甚至被媒体认为是“最接近诺贝尔奖的中国科学家”。当荣誉到来时，赵忠贤却谦虚地说：“荣誉归于国家，成绩属于集体，我个人只是其中的一分子。”

新超导将中国科学家推到最前沿

自第一种高温超导材料——钡镧铜氧化物发现以后，铜基超导材料就成为全世界超导科学家追逐的焦点，他们不仅希望能在这一材料上创造出更高的温度奇迹，更希望能揭示高温超导机制。但直到现在这仍然是一个谜，了解超导机制也就成了20世纪90年代后物理学家追求的重要目标之一。我国对新超导体的探索也从未止步。

✦2008年2月，日本科学家发现了26开时的氟掺杂镧氧铁砷化合物超导体。

✦2008年3月25日，中国科学家陈仙辉及他的研究小组和物理研究所王楠林小组分别发现了43开时的氟掺杂钐氧铁砷化合物的超导体和41开的氟掺杂铈氧铁砷化合物的超导体。

2018年超导团队

✦2008年3月28日，中国科学院物理研究所的赵忠贤和他的研究小组发现了52开时的氟掺杂镨氧铁砷化合物的高温超导体。

✦2008年4月16日，该研究小组更是将超导临界温度提升至55开，同时他们发现不用氟掺杂，只需氧空位。

中国科学家发现的高于40开的新型超导体，说明了铁基超导体是一个非传统的高温超导体，这意味着物理学家在铜基超导材料以外寻找新的高温超导材料的梦想在中国实现了。

中国科学家在铁基超导上的研究工作入选了《科学》杂志2008年“十大科学突破”。《科学》杂志还以“新超导将中国物理学家推到最前沿”为题，高度评价了中国物理学家在新型高温超导材料研究方面作出的重要贡献。

✦2013年，“40开以上铁基高温超导体的发现及若干基本物理性质研究”荣获国家自然科学奖一等奖。

✦2015年，在瑞士召开的第11届国际超导材料与机理大会上，赵忠贤被授予马蒂亚斯奖，这是国际超导领域的重要奖项，每三年颁发一次，此次是内地科学家首次获奖。

赵忠贤荣获国家最高科学技术奖

✦2016年，赵忠贤获得国家最高科学技术奖，表彰他对我国高温超导研究作出的杰出贡献。

虽然高温超导现象已被发现30多年，但是目前科学界仍然没有对超导机理达成共识。解决高温超导机理被《科学》杂志列为人类面临的125个重要科学问题之一。超导研究历时百余年，一直处于凝聚态物理的前沿，探索更高超导临界温度的超导体，特别是室温超导体，是人们孜孜追求的下一个梦想。

室温超导体或性能更优越的超导体的发现，将把人类社会带入超导时代，给社会带来翻天覆地的变化。

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图文来源

《改革开放40年科技成就撷英》

供稿单位|中国科学院超导国家重点实验室

（发表时有修改）

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