铁基超导体，作为继铜氧化物高温超导体创造后的第二个高温超导体家族，再一次冲破了人们对传统超导的认识，为高温超导的研究打开了其余一扇大门。
什么是超导
超导征象最早是由荷兰物理学家昂内斯（Kamerlingh Onnes）于1911年研究金属汞（Hg）在低温下的电阻时创造的：当温度降至4.2K以下时，汞的电阻溘然消逝。这种在低温下发生的零电阻征象被称为超导，电阻消逝的温度叫做超导体的超导转变温度。
荷兰物理学家昂内斯（图片来源：诺贝尔基金会档案）
金属汞的电阻温度曲线（图片来源：罗会仟，周兴江 当代物理知识, 2012.24(2): 30-39）
除了零电阻，超导体还有其余一个基本特性——迈斯纳效应（完备抗磁性），即当超导体处于超导态时，超导体内部的磁场为零。超导体的完备抗磁性不能由零电阻的性子推演出来，二者相互独立，同时具有这两个性子的材料才叫做超导体。
迈斯纳效应示意图（图片来源：维基百科）
1957年，由巴丁（John Bardeen）、库伯（Leon Cooper）和施里弗（John Robert Schrieffer）提出的著名的微不雅观超导理论——BCS 理论，非常成功地阐明了金属或合金超导体的物理性子。
微不雅观上来说，当超导材料处于超导临界温度之下时，材料中费米面附近的电子将通过相互浸染媒介而两两配对，这些电子对将同时处于稳定的低能组态。配对后的电子处于凝聚体中，冲破电子对须要付出一定的能量，这个能量称为超导能隙。在外加电场驱动下，所有电子对整体能够步调同等地运动，因此超导又属于宏不雅观量子凝聚征象。
超导微不雅观理论“BCS理论”（图片来源：维基百科）
铁基超导体
自1911年第一次创造超导电性以来，超导研究始终沿着两个主要的方向发展，一是探索新的超导材料，不断提高超导转变温度，另一个则是阐明超导机理，从微不雅观层面上阐明为什么电子能够在固体材料中畅通无阻。
根据BCS理论，所有的金属合金超导体临界温度存在一个40K的理论上限，即麦克米兰极限。超导电性被创造后的近七十多年里，虽然不断有新的超导体被创造，但是金属和合金等这些常规超导体的超导转变温度普遍很低，都没能超越麦克米兰极限。
山重水复疑无路，柳暗花明又一村落。
1986年，瑞士科学家Bednorz和Müller公布了他们在La-Ba-Cu-O化合物中不雅观察到起始超导转变温度为35K的结果，这一出人意料的创造首创了TC的新记录，在全天下范围内引起了探索高温超导体的热潮。随后创造的Y-Ba-Cu-O体系中存在90K以上的临界温度，首次打破了液氮温区，远远超过了麦克米兰极限。
2008年，日本东京大学的细野秀雄研究小组利用F替代O，在铁砷族化合物La[O1-xFx]FeAs中创造了2K的超导转变，铁基超导体被正式宣密告明。La[O1-xFx]FeAs在高压下可以达到43K的超导转变，再一次打破了麦克米兰极限，高温超导从此打开了一条新的通路。
超导体的发展进程（图片来源：维基百科）
日本物理学家细野秀雄（图片来源：东京工业大学官网）
随后中国科学家用稀土元素替代和高压合成方法，创造了一系列的铁基超导体。短短两个月，铁基超导体在常压下的超导转变温度从26K提升到了56K。
中国科学家的努力，让铁基超导跻身成为第二大高温超导家族，在铁基超导的年夜水中做出了不可磨灭的贡献。
目前已经创造的铁基超导体家族，从晶体构造上可以分为：
（1）11体系，即FeSe(Te)，是晶体构造最大略的铁基超导体。值得一提的是，利用分子束外延成长的FeSe/SrTiO3薄膜，超导转变温度超过65K，受到了广泛的关注。
（2）111体系，即AFeAs(A为Li、Na等)，LiFeAs的超导转变温度可以达到18K。
（3）122体系，即AeFe2As2（Ae为碱土金属元素，如Ba、Sr、Ca等）。由于高质量、大尺寸、不同掺杂浓度的122 体系超导单晶比较随意马虎得到，因此122 体系是目前实验（ARPES、STM、Neutron Scattering）研究最多的铁基超导体之一。
（4）1111体系，即LnOFeAs（Ln为稀土元素，如La、Ce、Pr、Nd、Sm等）。赵忠贤院士领导的研究小组在利用高压合成技能合成Sm[O1-xFx]FeAs中得到了55K的超导转变温度，目前保持着铁基超导体块材的最高记录。
（5）其它体系，如基于11 体系插层形成的AxFe2−ySe2（A=K、Rb、Cs、Ti等），Aen+1MnOyFe2As2，Aen+2MnOyFe2As2［Ae=Ca、Sr、Ba，M=Sc、V、(Ti, Al)、(Ti, Mg)、(Sc, Mg)］等。
铁基超导体的晶体构造（图片来源：Chen,X.H. et al., Nature2008;453:761–2.）
铁基超导体冲破了铁元素不利于超导的传统认识，推动了多轨道关联电子系统的研究和发展。与铜氧化物一样，铁基高温超导体研究蕴含着丰富的物理内涵。此外，铁基超导体具有非常高的超导临界磁场，制作工艺比较大略，有希望用于制备新一代超强超导磁体，有着很好的运用前景。
作为继铜氧化物高温超导体之后的第二大高温超导家族，铁基超导体的创造开辟了其余一条研究高温超导机理的道路，人们普遍相信间隔建立高温超导微不雅观理论已不远。超导研究连续充满着惊奇、机遇和寻衅。期待在不远的将来，室温超导的梦想可以成为现实。
“
参考文献
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出品 | 科普中国
制作 | 中科院物理所科学传播协会
监制 | 中国科学院打算机网络信息中央
编辑：可乐不加冰、Cloudiiink
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