中央研究院 Logo

本院物理研究所特聘研究員兼所長吳茂昆院士所領導的超導體研究團隊，最近獲得重要突破，他們創新發現一種結構更簡單、更安全無毒、更容易製造的「鐵基超導體」(FeSe)，提供高溫超導研究新材料。該篇研究論文「Superconductivity in the PbO-type structure α-FeSe」9月5日獲得頂尖專業期刊「美國國家科學院期刊」(Online early edition of PNAS)刊登，甚獲國際重視。

研究團隊提供背景資料指出，超導現象是指材料(例如汞、錫、鋁等)在特定低溫時，電阻就會變成零的現象，這個溫度稱為「超導轉變溫度」(Tc)。超導現象的特徵，其一是「零電阻」，這使得材料具有無限大的導電能力。其二是「完全抗磁性」(即邁斯納Meissner效應)。這奇妙特質，使得超導的應用潛力無窮。

目前人類社會發明的長距離無損耗的電力傳輸、高速磁浮列車、醫學高解析核磁共振顯像等等高科技，都是超導研發的應用。由於一般金屬元素的「超導轉變溫度」(Tc)通常低於攝氏零下260度，科學家多年來都希望能將超導轉變溫度提高，以增加應用性。

22年前高溫超導銅氧化物的發現，將超導轉變溫度提高至大於液態氮蒸發溫度，大幅度提升超導實際應用的可能性，因而帶動超導體研究的高度熱潮。過去的研究告訴我們，銅氧化物高溫超導體在變成超導之前是一個反鐵磁絕緣體，而銅氧化物似乎是形成高溫超導性的必要條件。約2年前，科學學家發現一種以鐵元素為主要素材的介金屬(inter-metallic compound)材料具超導性，由於其超導溫度相當低，並沒有引起學界太大的注意。今年2月，日本一個研究團隊首先發現一種「鐵基新超導體」 (一種鐵砷及氧的化合物FeAsLaO1-xFx)，其「超導轉變溫度」(Tc)達到將近絕對溫度30度左右，引發了許多的關注及後續研究。意外的是在極短的時間，此類超導體的轉變溫度被提升到將近絕對溫度60度。

遺憾的是，該日本團隊研發的材料含有具高度毒性的砷元素，使得學術界能投入此一研究的難度極高；而材料的結構也相對複雜，使得深入理解此新材料的超導成因與機制受到相當的限制。此次吳茂昆所長研究團隊，所創新發現的「鐵基超導體 (FeSe)，其晶體結構更簡單；不含砷，比較無毒；以及更容易製造，使成本較低等等特性，也讓更多的團隊能很快的進入此領域。不論在基礎理論或應用研發上，未來都將提供科學家一個嶄新的研究對象與平台。

「鐵基超導體」(FeSe)的發現，驗證銅氧化物不是形成高溫超導性的必要條件；透過深入了解此一新的鐵基超導體物理機制，或可協助科學家進一步暸解銅氧化物高溫超導體的超導機制。更重要的，透過這些進展，科學家或許可以找出達成「室溫超導體」夢想目標的方向。