高温超导研究:掀起了一场“暴风雨式的重大发现”

文　严佳婧



高温超导研究:
掀起了一场“暴风雨式的重大发现”

文严佳婧

复旦超导实验室里探究竟，平均年龄不足40岁的高温超导研究团队或将颠覆学术界。

攻克重重难关　缔造无数第一

复旦大学物理系封东来教授课题组完成的项目“铁基超导体电子结构的光电子能谱研究”早前获得了“2015年度国家自然科学奖”二等奖，消息一出，掀起了这个前沿科学圈内的学术风浪。

高温超导电性是凝聚态物理最前沿的问题之一，有重大的基础研究和应用价值。复旦大学物理系青年科学家封东来教授领衔开展的“铁基超导体电子结构的光电子能谱研究”，率先发现新的一类铁基超导体的电子结构，挑战了之前的铁基超导主流理论。

该项目以电子结构为突破口，利用先进的角分辨光电子能谱技术获得了铁基超导中电子的微观信息，揭示出超导电性和磁有序现象的机理，做出了多个原创性的发现和许多开拓性的工作：第一，在超导配对的形式方面，率先发现了新的一类铁基超导体的电子结构并给出了第二类铁基超导体母体相的电子结构；第二，在超导配对的胶水方面，率先确立第一类铁基超导母体材料磁有序态的电子结构微观特征，证明局域磁矩相互作用在超导配对中的作用；第三，在电子结构精确的测量方面，率先实验确定铁基超导中复杂的多轨道电子结构并给出多个系列铁基超导的详细电子结构，独立发现了第一类铁基超导能隙的三维特征及轨道依赖关系。

这些成果为理论和其他实验研究打下了基础，一定程度上引领了国内外铁基高温超导电子结构和机理的实验研究。更值得注意的是此次项目研究结果的颠覆性，封东来团队的多个原创性发现：如过去一贯认为铁基超导体属于“弱耦合配对”，但他们发现了新一类铁基超导体的电子机构，提出了“强耦合配对”理论。这一重大发现打破了铁基超导自2008年发现以来被建立的主流理论图像，打开了一扇新的大门。该项目共发表19篇论文，包括刊登于Nature Materials 1篇，刊登于Physica Review Letters 4篇，刊登于Physical ReviewX 1篇，刊登于Physical ReviewB 6篇，并且共被SCI他引525次。在海外学术界，被认为掀起了一场“暴风雨式的重大发现”。

封东来

现为复旦大学物理系教育部长江特聘教授，先进材料实验室微纳电子部副所长，兼任中国科技大学兼职教授、日本广岛大学同步辐射中心客座研究员，中国物理学会同步辐射分会学术委员、国家同步辐射实验室用户委员会副主任，亚洲晶体学联合会、国际新超导体的谱学等系列会议组委，并曾任中国物理学会2003、05、06、07年会“超导和强关联物理”分会主席，亚洲晶体学联合会2007年会分会主席。此外，封东来教授还于2004年获国务院政府特殊津贴，上海市科技启明星；2005年获复旦大学校长奖；2006年获得中国青年科技奖，入选新世纪百千万人才工程国家级人选。

新一类铁基超导体的电子机构的发现打破了铁基超导自2008年发现以来被建立的主流理论图像

凝聚核心技术　坚持推陈出新

在复旦大学应用表面物理国家重点实验室，封东来教授和学生们捣鼓着亲手搭建起来的实验器材和设备，开展高温超导电性的基础研究。这位43岁的科学家，刚摘得“2015年度国家自然科学奖”二等奖。是此次最年轻的得奖人，而他的团队中，最年轻的是一位正宗的85后。

封东来教授领导的团队不乏85后年轻人

如此朝气蓬勃的队伍，面对的又是最先进最前沿的铁基高温超导研究领域，到底面临怎样的困难，经历过多少次考验？据封东来教授介绍，现在全世界的高温超导研究团队都在进行“赛跑”，为发现新的高温超导材料而努力，大家共同的终极理想是室温超导体。室温超导体是指材料在室温时就能处于超导状态。目前，最高温的超导体是科学家于1986年发现的铜氧化合物高温超导体，其转化为超导体的温度为-113℃，但迄今为止，铜氧化物的超导机理仍然困扰科学家，同时距离室温的理想还有很大距离。铁基化合物作为高温超导家族的第二个成员，于2008年被发现，其转变温度目前最高达到-217℃。封教授进一步解释说道：“自2008年到现在，铁基超导的转变温度一直没有提高，而我们的新结果表明，这一类的铁基超导并不是原来的配对机制，从新的配对机制出发，有可能在理论上预言一些新的材料，对于进一步寻找更高的铁基高温超导提供了一丝新的曙光。”

实验结果能够获得新突破离不开这支年轻团队的自我进化。“我们的设备许多都是自己设计，自己搭建的。否则不可能超过别人。”一边参观复旦大学先进的超导研究实验室，封东来教授一边答疑解惑。“光是维持一台设备就需要2到3人为一组来进行。实验室运转经常处于24小时连轴转。而分析一份实验样品通常都需要花费大约100小时的实验时间。而且我们的实验样本也早已不局限于国内，也有比如来自韩国的团队，以及世界各地其他实验室的委托。”

作为基础学科研究，或许其中的理论复杂，难以向诸如大飞机、磁悬浮、“嫦娥”奔月等“接足地气”。但正是基础学科的发展，才能让建筑其上的理论、成果、技术转化变为现实。封东来教授坦言，这一切也离不开国家的支持。

完善人才培养　紧跟时代步伐

虽然手握中国青年科技奖等多项荣誉，这位不到30岁就被聘为复旦大学物理系教授、博导，如今刚刚跨越不惑之年的科学家却表示：“学生是我最宝贵的产出，而不是论文。”

谈起学生，封东来教授的自豪之情溢于言表。尤其是谈到团队的第二获奖人—张焱，这位出身北大物理学院的人才，博士毕业才刚两年，却在项目研究中作出了不可小觑的贡献。封东来教授的团队总是有这样那样的人才离开，有来自海内外的新鲜血液流入；有的是去其他学校做老师，有的是去海外学府继续深造。与那些希望把有能者捆绑在身边的作法不同，封东来教授似乎更乐于见到知识和人才的流动，他说：“优秀的年轻人不该放在身边，而是要让他们出去走走，为他们提供更多机会。”谈到自己在教学，在做项目时的态度和方针，他面带微笑地说道：“我并不严厉，只是为他们提供机会，让他们自己成长。作为教师，就算面对的学生不是最最优秀的，只要我们的教导能对他们的人生产生影响，我就很欣慰。”

传道授业解惑，教育育人永远是一个国家科技和知识发展的重要环节。少年智则国智，面对目前中国的教育环境，封东来教授也很乐观地表示：“现在中国的超级博士后培养也发展起来了。例如复旦大学的实验室就在人才培养方面给予了很大的支持，这是一个互利共赢的双向推进，在保证了优秀人才建设的同时对研究实力也大大增强了。我们甚至吸引到了世界各地的学生。而当国内的博士们都更愿意留在祖国的时候，中国的科研综合实力就会大大上升。”他的眼睛里闪烁着期待的光芒，“我想这一天，不会太远”。

一场学术界的暴风雨就是从东方之珠的上海，从它的复旦大学校园中吹向世界。随着中国未来对于科学研究以及科学教育方面更深入的改革，为科学创新工作提供良好的土壤。我们有理由相信，封东来教授和他的团队将会为超导的世界带去更多意想不到的惊喜和发现。我们也由衷地希望，在世界科学之林，会有更多“暴风雨”般的中国科研团队崭露头角。

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