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高導解析》高溫超導障礙 被鐵推破
【聯合報╱本報記者楊正敏】

銅氧化物高溫超導研究的溫度在138K(攝氏零下113℃)左右停頓了很多年,所以之前不斷有人認為高溫超導發展已屆極限。但今年先是日本的研究團隊發現了鑭鐵砷氧化合物的超導現象,原本跟超導八竿子搭不著關係的鐵化合物,竟然也有超導現象,果然立刻掀起超導研究的新熱潮。

之後中國大陸的研究團隊也投入大量人力研究鐵基超導,而我國中研院物理研究所所長吳茂昆帶領的團隊,發現一個結構簡單、安全無毒、容易製造的「鐵基超導體」,論文除了獲「美國國家科學院期刊」刊登外,也引起國際學界的重視。

中研院配方 易製造

吳茂昆院士解釋,日本發現的「鑭鐵砷氧及氧化合物」的超導體,最初臨界溫度達26K,到目前為止最高的臨界溫度已達56K。

台灣發現的鐵基超導體,是一種鐵硒化合物,臨界溫度為8K,加壓後可以提升至27K。

與日本最大不同是,台灣找到的晶體結構非常簡單,容易製造,且不含砷,毒性較低。

鐵基超導體是金屬離子化合物,容易拉成線材,再加上鐵成本相對便宜,應用潛力有可能會較現有的陶瓷結構更廣。

他強調,過去認為鐵化合物不可能有超導現象,但是現在證明,高溫超導可能存在於多樣材料中的現象。

結構愈簡單 愈熱門

中研院物理所博士後研究員葉國偉表示,現在鐵基超導的研究集中在四個化合物,一個是日本最早發現的鑭鐵砷氧化合物,另外兩個是鋇鉀鐵砷和鋰鐵砷,第四個就是中研院發展的鐵硒化合物。

台灣合成的鐵硒化合物,因結構單純引起國際間極大興趣,目前臨界溫度還比較低,可能是鐵層間的距離太近,因此現在嘗試在結構中夾入其他氧化物,提高臨界溫度。

鈷鎳錳 統統試試看

鐵是有磁性的材料,超導的基本現象之一是反磁,兩者應不能共存,因此學界投入鐵基超導的研究,除了想開發出新的超導體做更好的應用外,也企圖找到鐵出現超導現象的原因。

這是個滿新的領域,原因目前眾說紛紜,有一種說法可能是溫度低時,改變了鐵化合物的磁性結構,因而產生超導現象。

由於鐵基超導打破過去對超導的已知概念,因此未來極有可能因為鐵基超導的研究,發展出更進階的超導理論。

目前吳院士實驗室也在研究如果用鈷、鎳、錳取代鐵,會有什麼變化,找出鐵基超導體中,鐵所扮演的角色。

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