超導國家重點實驗室

超導國家重點實驗室是中國超導研究的重要基地，也是國際國內超導學術合作與交流的重要視窗。實驗室承擔著中國科學院、科技部和自然科學基金會等部門多個重大研究項目，目前在實驗條件、研究水準、人才引進和培養等各個層面得到顯著提高，已經發展成為具有一定規模和綜合實力並具有國際影響力的實驗室。

簡介

超導國家重點實驗室

超導電性是指許多材料在低溫下電阻完全消失的一種物理現象。超導電性的研究一直是凝聚態物理的重要課題，對基礎理論創新和套用技術發展兩方面都有著重要的意義。自1911年荷蘭物理學家Onnes發現超導電性以來,已經有5次諾貝爾物理學獎授予和超導相關的研究。1986年銅氧化合物超導體的發現，掀起了全球高溫超導研究的熱潮，中科院物理研究所的科學家在液氮溫區高溫超導體的發現中做出了傑出的貢獻。在此背景下，1987年當時的國家計委批准在物理所籌建國家超導實驗室，1991年4月通過驗收，後列入國家重點實驗室管理系列，並正式面向國內外開放。1995年8月通過第一次評估，獲B類第一名。2000年5月通過第二次評估，被評為優秀(A類)國家重點實驗室。2002年1月，被人事部、中國科學院評為"先進集體"。2004年12月，被科技部評為“國家重點實驗室計畫先進集體”。現任實驗室主任為周興江研究員,趙忠賢院士擔任學術委員會主任。
超導國家重點實驗室的研究涵蓋了前沿基礎研究和套用基礎研究兩個方面。研究方向包括新型超導材料的探索，超導機理和相關物理研究，以及薄膜製備和超導薄膜器件套用研究等。實驗室現有七個課題組:1)非常規超導體低能激發和混合態物理性質研究；2）微納尺度超導體中物理現象的研究；3）新超導材料探索和相關機制研究；4）超導薄膜材料和器件的物理及套用；5）新型超導材料的電子譜學和光譜學研究；6）通過中子散射研究包括鐵基和銅氧化合物高溫超導體在內的強關聯材料；7）利用核磁共振法研究超導功能和機制。

2009年求是傑出科技成就集體獎

超導國家重點實驗室是我國超導研究的重要基地，也是國際國內超導學術合作與交流的重要視窗。實驗室承擔著中國科學院、科技部和自然科學基金會等部門多個重大研究項目，目前在實驗條件、研究水準、人才引進和培養等各個層面得到顯著提高，已經發展成為具有一定規模和綜合實力並具有國際影響力的實驗室。多年來，超導國家重點實驗室在高質量超導單晶製備，磁通動力學和機理問題研究中作出國際水準的工作。2006年底，利用我國的自主智慧財產權和核心技術，超導實驗室成功研製了國際首台超高能量解析度真空紫外雷射角分辨光電子能譜儀，並在對高溫超導體的研究中取得重要成果。2008年新型鐵基高溫超導體的發現,掀起了高溫超導研究的另一波高潮,超導國家重點實驗室在新型鐵基超導材料的發現以及相關的物性研究中，做出了舉世矚目的貢獻。
超導國家重點實驗室非常重視人才引進，培養和隊伍建設，擁有一支優秀的、結構合理的研究隊伍。目前有研究員16人，其中有中科院院士1人，國家“千人計畫”2人，中科院“百人計畫”5人，“國家傑出青年基金”獲得者2人。同時實驗室更有一批工作在第一線的年輕人和研究生，他們思維活躍，睿智進取，給實驗室帶來生機和活力。由超導國家重點實驗室培養的一批優秀的年輕人才，目前遍及世界各地的重要科研機構。
目前超導國家重點實驗室正在進一步凝練學科方向,最佳化人員結構，延攬優秀人才，發展尖端獨特的實驗研究技術，努力開展原創性的研究。同時與國際和國內著名的研究機構進行長期、務實和富有成效的合作。努力將超導國家重點實驗室建成國際一流，為今後取得新的重大突破奠定基礎。

研究方向

超導材料與物理

超導材料和超導物理，一直是凝聚態物理研究中的重要課題，具有巨大的套用前景。

1908年荷蘭物理學家Onnes在成功地液化了氦氣之後，在研究金屬材料在低溫下的電阻特性時，於1911年在水銀中第一次發現了零電阻的超導現象（超導溫度為4.2K）。為此Onnes於1913年獲得諾貝爾物理學獎。在此之後，探索具有更高超導溫度的新超導材料以及理解超導產生的機理一直是凝聚態物理一個重要的課題。這導致了一系列新的金屬和合金體系的發現和超導溫度的不斷提高。到1973年，在採取離子濺射方法製備的Nb3Ge薄膜中實現了23.2K的超導溫度。
1986年，瑞士的科學家Bednorz和Muller獨闢蹊徑，在銅氧化物陶瓷系統中，發現了更高轉變溫度的超導材料，掀起了世界範圍的高溫超導研究熱潮，並在短時間內將超導溫度提高到液氮溫度（77K）以上，現已達到160K。為此，Bednorz和Muller倆人於1987年獲得諾貝爾物理學獎。探索具有更高溫度的超導材料，尤其是室溫超導材料是人們長期努力的方向。

1957年,美國科學家Bardeen，Cooper和Schrieffer建立的BCS超導理論，成功地解釋了傳統金屬合金超導體系中的超導電性，他們因此於1972年獲得諾貝爾物理學獎。但是銅氧化合物超導體表現出的許多奇異特性，難以用傳統的BCS理論來解釋，新的理論的建立勢在必行。自1986年高溫超導發現至今20多年，對高溫超導的研究取得了許多進展，但機理問題仍沒有解決。

銅氧化合物高溫超導體

1.典型的銅氧化合物高溫超導體
目前已經發現50多種晶體結構不同的銅氧化合物高溫超導材料。
2.銅氧化合物晶體結構
銅氧化合物高溫超導體都含有CuO2面，並都具有層狀結構。沿垂直CuO2面方向，CuO2面與不同類型“隔離層”的排列組合形成眾多不同結構的銅氧化合物高溫超導體。CuO2面之間的隔離層，可作為載流子庫對CuO2面提供載流子。
3.銅氧化合物電子相圖

銅氧化合物電子相圖

銅氧化合物未摻雜的母體是反鐵磁絕緣體，當摻雜一定量的載流子（電子或者空穴）時，產生超導。超導溫度先隨著摻雜濃度的增加而升高，達到最大值（最佳摻雜），然後隨著載流子濃度的進一步增加，轉變溫度反而降低。
4.銅氧化合物的奇異物性
奇異正常態
1）成功描述傳統金屬的朗道費米液體理論不適用於銅氧化合物高溫超導體的正常態；
2）贗能隙的存在：傳統超導體的超導能隙只在超導轉變溫度以下打開，而對欠摻雜的高溫超導體卻發現超導溫度以上已經有能隙打開。
非常規超導態
1）高超導臨界溫度：BCS理論預言超導體轉變溫度不可能超過40K，而銅氧化合物高溫超導體的轉變溫度達到了135K（在高壓下達到160K）；
2）d波配對：傳統超導體的超導能隙具有各向同性s波對稱，而銅氧化合物高溫超導體的超導能隙具有強烈各向異性的d波對稱。

4.角分辨光電子能譜對銅氧化合物高溫超導體電子結構的研究
1）高溫超導體中觀察到一種新的電子耦合模式
利用真空紫外雷射角分辨光電子能譜儀具有的超高解析度的獨特優勢，和其它組合作，我們在高溫超導體Bi2212中，觀察到了兩個新的電子結構特徵。這兩個新的結構，難以用已有的電子耦合模式（電子――聲子耦合或電子――磁振子耦合）來解釋，這表明在高溫超導體中可能存在一種新的電子耦合方式。進一步實驗表明，這兩個新結構是在材料進入超導狀態後產生的，因此它們可能和超導電性密切相關。相關結果發表在2008年3月14日的PhysicalReviewLetters100,107002(2008)，並被選為當期的“編輯提示”論文。
2）真空紫外雷射角分辨光電子能譜對銅氧化物高溫超導體中高能扭折和高能色散起源的新認識通過與其它組合作，我們利用自主研製的真空紫外雷射角分辨光電子能譜儀具有的超高解析度的獨特優勢，通過詳細的動量變化關係的測量，並結合完整的數據分析方法，對高溫超導體Bi2212中的高能扭折和高能色散提出了新的認識。結果表明，銅氧化物的高能色散不可能代表電子的真正裸能帶的回覆，高能扭折不可能是由於電子和高能元激發耦合產生的，並提出高能色散可能並不代表本徵的能帶結構。相關結果發表在2008年7月4日的PhysicalReviewLetters101,017002(2008）
已發表銅氧化合物相關文獻：
01.WentaoZhang,GuodongLiu,JianqiaoMeng,LinZhao,HaiyunLiu,XiaoliDong,WeiLu,J.S.Wen,Z.J.Xu,G.D.Gu,T.Sasagawa,GuilingWang,YongZhu,HongboZhang,YongZhou,XiaoyangWang,ZhongxianZhao,ChuangtianChen,ZuyanXuandX.J.Zhou,“HighEnergyDispersionsinBi_2Sr_2CaCu_2O_8HighTemperaturesuperconductorbyLaser-BasedAngle-ResolvedPhotoemission”,Phys.Rev.Lett.101(2008)017002.
02.WentaoZhang,GuodongLiu,LinZhao,HaiyunLiu,JianqiaoMeng,XiaoliDong,WeiLu,J.S.Wen,Z.J.Xu,G.D.Gu,T.Sasagawa,GuilingWang,YongZhu,HongboZhang,YongZhou,XiaoyangWang,ZhongxianZhao,ChuangtianChen,ZuyanXuandX.J.Zhou,“IdentificationofaNewFormofElectronCouplinginBi_2Sr_2CaCu_2O_8SuperconductorbyLaser-BasedAngle-ResolvedPhotoemission”,Phys.Rev.Lett.100(2008)107002.

其它新型超導材料

除了銅氧化合物以外，還發現了許多其它新型的超導材料，尤其是2008年初，在鐵基化合物中發現高溫超導電性，再一次掀起了高溫超導研究的新一波熱潮，因為這是除1986發現的銅氧化物之外發現的第二個新的高溫超導體系。這些新的超導材料的研究將帶來新的物理和套用。