薛其坤院士和陈曦教授团队在Science发表铁基超导研究的论文

2011年1月01日

薛其坤院士和陈曦教授团队在Science发表铁基超导研究的论文 2011-06-17

由薛其坤院士和陈曦教授指导的清华大学物理系2005级博士生宋灿立(2011年初毕业)作为第一作者在6月17日出版的Science上发表了有关铁基超导研究的论文Direct Observation of Nodes and Twofold Symmetry in FeSe Superconductor(铁硒超导体中能隙节点和二重对称性的直接观测),这是我国科学家首次在Science杂志上刊登这个领域的研究成果。该项研究成果是清华大学物理系薛其坤院士和陈曦教授,与中科院物理所马旭村研究员组成的研究团队共同完成的,是铁基超导机理的研究中取得的一项重大突破。

铁基超导体是继1986年发现的铜氧化合物高温超导体(1987年诺贝尔物理奖)之后于2008年被发现的一类新型高温超导材料,它的发现为高温超导电性的研究开辟了一个全新的研究方向,是目前物理学的一个研究热点。我国科学家在这个领域表现出色,整体研究水平处于国际领先行列。与铜氧化合物高温超导体的研究类似,铁基超导机理研究的最核心科学问题是电子如何形成库珀电子对。因此,确定电子配对的对称性(也就是库珀电子对的形状)具有极其重要的意义,但这个问题至今没有一个明确的结论。

清华大学物理系薛其坤院士和陈曦教授,与中科院物理所马旭村研究员组成的研究团队,用高质量的单晶薄膜、高灵敏度的实验技术以及在此基础上得到的能反映材料内在性质的实验数据,确定性地证明了FeSe超导体中的电子配对函数具有两重对称性,这对理解铁基高温超导机理具有重要意义。为了理解这个重要性质,他们与清华物理系系友、美国加州大学圣地亚哥分校的吴从军教授还进行了理论上的合作。

该成果的取得得益于该研究团队长期致力于精密实验技术发展所做的努力。他们将分子束外延技术与扫描隧道显微技术进行了有机的结合,并在国际上已经形成了自己独特的研究特色。在该研究中,他们把半导体领域中的分子束外延技术拓展到铁基超导材料的制备中,实现了对超导薄膜生长过程和形貌原子水平上的精确控制,制备出了化学成分严格可控的高质量单晶FeSe薄膜。在此基础上,他们利用同时具有空间原子分辨和高能量分辨本领的强磁场扫描隧道显微技术对薄膜进行了原位的表征。过去两年多,他们利用这两种实验技术的有机结合,还在物理学的另一个前沿领域—拓扑绝缘体研究中取得了一系列重要进展,研究成果曾入选2010年的中国科学十大进展和中国高校十大科技进展。    这些基础研究的开展大大推动了拔尖创新人才的培养。过去几年中该研究团队的博士生中有多人在凝聚态物理前沿做出了有重要影响的工作,毕业后作为博士后进入到一些国际上顶尖的实验室继续从事研究。美国著名大学的博士后fellowship是吸引和培养年轻人才的一个重要举措,是竞争力最强的一类博士后位置。这篇论文的第一作者宋灿立今年年初刚刚获得清华博士学位。毕业时他申请了哈佛大学的Lawrence Golub Fellowship。该Fellowship评审委员会这次共收到来自全球的233个申请,最后只有两位申请者获得了这个位置,宋灿立就是其中的一位。另外,该研究团队的两位主要学术骨干陈曦教授和马旭村研究员,由于表现突出,他们两人于2010年都获得了国家杰出青年基金的资助。这进一步说明了前沿性的基础研究在培养年轻学术带头人和拔尖人才等方面的重要性。

该工作得到了国家自然科学基金、科技部、教育部和中国科学院的基金资助。