陳根：鐵基超導體？一個區分過去和未來式的奇異材料
2020-08-11 陳根文/陳根
我們都知道，昨天發生的事情和明天將發生的事情，是兩個不同且非常獨立的問題。人類生活的過去和未來不是對稱的，因此是不可逆的。
但物理之所以不常被人所理解，就在於它顛覆了各種常識性的認知。在物理學上，基本粒子、原子和分子中自然的基本力相對於它們的時間發展是對稱的：向前或向後都沒有區別，科學家將其稱為時間反演對稱性。
簡單來說，宏觀上，無法進行＂時間反演」是因為物理規律本身對時間箭頭的定義及熱力學第二定律決定的，而宏觀上的時間平移對稱性即能量守恆定律，沒有時間的分立對稱性（空間的分立對稱性即對應所謂左右手等價）。
微觀上，微觀因果律由物理可觀測量算符的對易關係決定，單個粒子的」時間反演＂對應其反粒子，時間平移對稱性還是對應能量守恆定律，時間分立對稱性對應粒子的T宇稱。
幾十年來，在所有超導體中都發現了這種反演對稱性。超導體是可以在低溫下傳導電流而不會耗散能量的材料。它們的主要應用之一是有效產生強磁場，例如在磁共振成像（MRI）診斷中。所有已知的超導材料中大約有99％是時間反演對稱的。
然而，多年來，物理學家已經發現了可以克服時間逆向對稱性的新型超導體。為了解釋這些發現，人們已經對已有75多年的歷史的超導的基本機制，進行了相當大的修改。只有這些新穎的超導體才能自發產生恆定的內部磁場。這可以導致新的應用，例如在量子計算設備中。
最近，德國德勒斯登工業大學（英語：Dresden University of Technology）的物理學家在一類鐵基超導體中發現了自發的靜態磁場，這些磁場具有時間反演對稱性。這種非凡的特性需要新的理論模型，並且可能在量子計算中變得重要。該最新研究結果發表在最近的科學雜誌《自然物理學》上。
這是一場材料領域的新發現，這甚至打破了原來對超導體的認知，隨著研究的深入，這一類鐵基超導體將擁有更廣闊的應用前景，科研的加持帶動了材料領域的發展，也將推動科技的繁榮。
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什麼是鐵基高溫超導體
2008年鐵基高溫超導體的發現，翻開了高溫超導研究的新篇章.最先發現的LnFeAsO(1111體系，Ln為鑭系元素)家族，之後相繼發現了以BaFe2As2為代表的122體系，LiFeAs為代表的111體系以及FeSe為代表的11體系.這四個體系構成鐵基超導體的基本結構類型，它們均具有準二維層狀結構 -
科學家發現鐵基超導體大同位素效應
，發現了鐵基超導體中的大同位素效應。 傳統的bcs理論（解釋常規超導體的超導電性的微觀理論）預言，超導體的最高溫度不會超過麥克米蘭極限的39k（-234攝氏度）。在以往的研究中，只有1987年發現的銅氧化合物超導體打破了這一極限，被稱為高溫超導體。最近，在鐵基磷族化合物中發現的超導電性其超導臨界溫度可達55k，同樣突破了傳統bcs理論預言的麥克米蘭極限。 -
進展 | 準二維鐵基超導體中發現朝下色散的中子自旋共振模
過去，在許多非常規超導體的中子散射實驗中，磁性激發模被發現在特定能量值受超導配對影響得到顯著增強，這一現象被學界稱為中子自旋共振，其共振能量和超導臨界溫度也被發現呈線性標度關係，使得中子自旋共振模被認為是理解非常規超導普適機理的一個關鍵。 -
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類比於BCS理論中的聲子玻色型激發模，非常規超導體中一種有可能作為電子配對「膠水」的玻色型集體激發模是磁性激發模。中子散射是測量磁性激發模的最好實驗手段。過去，在許多非常規超導體的中子散射實驗中，磁性激發模被發現在特定能量值受超導配對影響得到顯著增強，這一現象被學界稱為中子自旋共振，其共振能量和超導臨界溫度也被發現呈線性標度關係，使得中子自旋共振模被認為是理解非常規超導普適機理的一個關鍵。 -
鐵基超導體中觀察到絕緣體-超導體轉變
與銅氧化合物高溫超導體不同，鐵基超導體的母體雖然也大多具有反鐵磁結構，但卻表現為導電性較差的金屬特性。因此，關於鐵基超導體中電子關聯的強弱以及Mott絕緣體圖像是否仍然適用於鐵基超導體，一直存在著爭議。 -
中國科大陳仙輝小組發現鐵基超導體大同位素效應
新華網合肥５月１０日電 記者從中國科技大學獲悉，該校合肥微尺度物質科學國家實驗室陳仙輝教授小組在鐵基超導體研究方面取得重要進展，發現了鐵基超導體中的大同位素效應。國際著名學術期刊《自然》５月７日發表了這一研究成果。傳統的ＢＣＳ理論（解釋常規超導體的超導電性的微觀理論）預言，超導體的最高溫度不會超過麥克米蘭極限的３９Ｋ（－２３４攝氏度）。 -
中國學者創造55K鐵基超導體轉變溫度世界紀錄
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中科大超導研究團隊在鐵基高溫超導體研究中取得重要進展
中科大超導研究團隊在鐵基高溫超導體研究中取得重要進展 我校合肥微尺度物質科學國家研究中心和物理系中科院強耦合量子材料物理實驗室陳仙輝、吳濤等人組成的超導研究團隊近日在鐵基高溫超導體研究中取得重要進展 -
物理所鐵基高溫超導體電子結構與超導能隙研究取得新進展
2008年發現的鐵基超導體其超導轉變溫度最高可達55K，是繼1986年發現的銅氧化物高溫超導體之後發現的第二類新的高溫超導體系。它的發現，為高溫超導電性的研究開闢了一個新的方向。與銅氧化物高溫超導體的研究類似，鐵基超導體研究的核心問題是理解其高溫超導電性產生的機理。對材料電子結構的研究是理解材料的宏觀物理性質尤其是超導電性的關鍵。 -
40K以上鐵基高溫超導體的發現及若干基本物理性質研究
探索和發現新型高溫超導體並研究其物理機制是世界各國科學家們長期以來一直追求的目標。 項目團隊基於共同的興趣和科學目標，在趙忠賢院士作為老一輩科學家的影響和帶領下，在中科院、基金委和科技部等有關方面項目持續支持下，經過長期的積累與合作，在鐵基超導體研究中取得了突破性的進展。 -
中子散射技術確定鐵硒超導體磁基態
中子散射技術確定鐵硒超導體磁基態為理解高溫超導機理提供新角度 本報訊（記者黃辛）復旦大學物理系趙俊課題組利用中子散射技術在鐵硒 -
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中國成功掌握鐵基超導技術，打破世界紀錄，日本終究成了過去式
如今人類從某種意義上來說已經進入到了電力時代，電在世界各國中的需求量是非常強大的，可是如果利用傳統的輸電方式，那麼損失的電力是非常可惜的，而這時如果能夠應用超導體材料的話，傳統材料輸電的弊端就會被打破，從而更好的去發展科學技術，和社會的變革。 -
鐵基超導又是什麼？
超導體一旦進入超導態，就如同武功大俠練就了 「金鐘罩、鐵布衫」 一樣，外界磁場根本進不去，材料內部磁感應強度為零。判斷一個材料是否屬於超導體，必須同時具有零電阻和完全抗磁性這兩個獨立特徵。總體來說，鐵基超導體更像是介於銅基超導體和傳統金屬超導體之間的一個橋梁，使得人們有可能從已知的常規超導機理 「摸著橋梁過河」 到原本模糊不堪的銅基高溫超導機理（見圖4）。 -
中國鐵基超導站世界最前沿 打破國際理論極限
以趙忠賢、陳仙輝、王楠林、聞海虎、方忠為代表的中國科學院物理研究所/北京凝聚態國家實驗室(籌)(以下簡稱「物理所」)和中國科學技術大學(以下簡稱「中科大」)研究團隊因為在「40K以上鐵基高溫超導體的發現及若干基本物理性質研究」方面的貢獻摘得這一殊榮。鐵基高溫超導體的發現，突破了傳統理論的限制，將我國在該領域的研究推向世界最前沿，也有望激活超導體潛在的應用前景。 -
非常規配對誘發的鐵基高階拓撲超導
近年來，鐵基高溫超導體，作為自賦性拓撲超導體，引起了廣泛研究興趣，理論研究表明鐵基高溫超導體是一個理想的實現Majorana零能模的體系。隨後，實驗組在多個鐵基材料表面觀測到Majorana零能模，揭開了在鐵基超導體系中探尋Majorana零能模的序幕。這使得鐵基超導體很有可能成為拓撲計算的載體。 -
科學家首次在鐵基超導體中發現馬約拉納任意子
-強磁場-掃描探針顯微系統首次在鐵基超導體中觀察到了馬約拉納零能模，即馬約拉納任意子。然而，制約量子計算機發展的一個重要因素就是傳統的量子比特特別容易受到外界環境的幹擾而發生退相干，從而導致計算的失敗；而基於馬約拉納的任意子的拓撲量子計算機對於環境的這種局部擾動有很強的抗幹擾能力，自身帶有高容錯的秉性。因此，在材料中發現馬約拉納任意子對構建高度穩定的量子計算機具有重要意義。 -
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