新年伊始，我校物理系應用表面物理國家重點實驗室及先進材料實驗室的封東來教授課題組在高溫超導研究領域便傳捷報。該組運用角分辨光電子能譜儀（Angle-resolved Photoemission Spectroscopy，ARPES）率先揭示了2010年末發現的新型鐵基高溫超導體KxFe2Se2與眾不同的奇異的電子結構。該成果已於2011年2月27日在線發表在國際一流刊物《Nature Materials》👨🏽🌾🎍。
上左圖：超導的邁斯納效應導致超導體可在磁場中懸浮
上右圖：影片《阿凡達》中的常溫超導礦石和在地磁場中懸浮的哈利路亞山
超導現象是20世紀人類最重大的發明之一⛹🏿♂️。1911年，荷蘭萊頓大學的卡末林—昂內斯意外地發現，將汞冷卻到零下268.98℃的轉變溫度時，汞的電阻突然消失了，電流可以毫無阻力地通過導線🐼；後來他又發現許多金屬和合金都具有與上述汞相類似的低溫下失去電阻的特性🦻，由於它的特殊導電性能，卡末林—昂內斯稱之為超導態🕵🏿。這一發現引起了世界範圍內的轟動。此後，人們將處於超導狀態的導體稱為超導體☹️，將具有在一定的低溫條件下呈現出零電阻以及排斥磁力線的性質的材料稱為超導材料🪷。1911年被作為超導元年。科學研究總是與社會生活相輔相成，與美好的想象相伴相隨。超導現象的出現🤵🏽♂️，讓科學家們大膽設想：如果能將超導材料的轉變溫度提高到室溫👩🏽💼，人們生活的方方面面將因此經歷一次新的革命，人們將再也不會為電子產品發熱而苦惱、一次充電就可能維持手提電腦幾個月的使用、出門就能輕松乘坐時速幾百公裏以上的磁懸浮“無輪”列車……這些畫面雖然另人神往，但到目前為止，人們也只能在科幻電影《阿凡達》中的潘多拉星球上領略到超導的絕美之處👸🏻。
100年來🐐，科學家們為提高超導材料的轉變溫度的步伐從未停止過🦶🏽：
到了上世紀70年代，常規超導的轉變溫度，已經達到零下250℃左右。
1986年🦧，科學家發現了銅氧化物“高溫”超導體，因為相對於常規超導👱🏿，其轉變為超導體的轉變溫度可達零下120℃之高。但是至今為止，銅氧化物的超導機理仍然是困擾科學家的難題。
2008年，銅氧化物不再孤獨，鐵基化合物成為高溫超導家族的第二個成員。雖然其轉變溫度目前最高才達到零下217℃，但它的出現不僅意味著物理學家可以在這個新超導家族中探索轉變溫度更高的超導體⚽️🧠，同時通過比較銅氧化物和鐵基化合物這兩種高溫超導體，可以找到關鍵線索🧎🏻♂️，最終解開高溫超導這個未解之謎。
封東來教授領導的科研組是國際上最早應用ARPES研究鐵基高溫超導體電子結構的小組之一✊。在科技部、國家自然科學基金委和上海市科委項目的支持下，他們和中國科學技術大學陳仙輝等小組合作，準確揭示了包含1111，111👆🏻，122🦁，11四系的10余種鐵基材料的電子結構，給理論工作提供了有力的實驗支持𓀄🥻。在短短兩年多時間裏，封東來教授課題組在 Physical Review Letters, Physical Review B等高水平科學雜誌上已發表了17篇鐵基超導體系列研究論文🧛🏽♀️，有力推動了人們對鐵基超導體的認識。
FeSe化合物和FeAs化合物截然不同的電子結構
就在鐵基超導體的超導溫度一直沒有突破零下217度🧚🏼♂️，其超導機理也沒有得到解決的時候，一種新的鐵基超導材料KxFe2Se2近期問世🗣，其超導轉變溫度達零下242度。其獨特的性質更引起全世界物理學家的關註。封東來教授課題組通過對KxFe2Se2進行各種本地和同步輻射實驗測試，終於獲得了其完整的電子結構，並且測得了各向同性的s波超導能隙。令人驚奇的是，這種材料的電子結構和以往的鐵基超導體完全不同🕵🏻♂️：整個費米面沒有空穴, 而只存在電子🙂🥈。封東來教授課題組的這一研究發現意味著，KxFe2Se2這種新的鐵基超導體的配對機製及超導對稱性都與其它已知鐵基超導體不同，之前建立的鐵基超導體的普遍圖像將可能遭到顛覆；這也猶如一劑強心劑🌋，進一步激發起了科學家們探索超導奧秘的熱情，讓高溫超導研究再度升溫。目前，該項研究已經在線發表在《Nature Material》上🍊，為超導探索百年誕辰獻上了一束美麗的迎春花⛓️💥，同時也預示著超導研究將迎來一個新的美麗春天🤵🏽♂️。
*Y. Zhang, L. X. Yang, M. Xu , Z. R. Ye, F. Chen, C. He, H. C. Xu, J. Jiang, B. P. Xie, J. J. Ying, X. F. Wang, X. H. Chen, Jiangping Hu, M. Matsunami, S. Kimura, D. L. Feng*, “Nodeless superconducting gap in AxFe2Se2 (A=K, Cs) revealed by angle-resolved photoemission spectroscopy”, Nature Materials,DOI:10.1038/NMAT2981 (2011).
http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat2981.html