三获国家自然科学奖！这个南大科研团队为何“不一般”
2024-06-29 16:35 来源：澎湃新闻
6月24日，2023年度国家科学技术奖揭晓。南京大学闻海虎教授团队的“铁基和镍基超导机理问题研究”科研项目荣获2023年度国家自然科学二等奖。这已经是闻海虎教授第三次获得国家自然科学奖。2004年，他所主持的高温超导体磁通动力学研究获得国家自然科学二等奖；2013年他因为对铁基高温超导材料的研究，获得国家自然科学一等奖（第四完成人）。三次获奖内容不同，但都与“高温超导”研究紧紧相连。
闻海虎
在谈到获奖感言的时候，闻海虎首先致谢。“感谢科技部、教育部、国家自然科学基金委以及南京大学的多方支持，也感谢学术界同仁的指点和厚爱。我们做出了一点贡献，就得到国家这么高的荣誉，这既是鼓励，更是鞭策。”“研究工作得到国家、社会的认可，这让我们团队感觉到由衷的高兴和振奋”。
闻海虎团队
闻海虎教授长期从事超导材料和物理问题研究，从研究生开始就从事超导物理研究，30多年来一直在超导这一热爱的领域默默耕耘。
“超导研究已经有100多年历史了。”闻海虎科普道。早在1911年，科学家就发现了这一神奇的物理现象：普通导体可以导电，但导线一般有电阻，一通电就会发热，就会产生电能损耗；而一些导体在一定的低温下其电阻降为零，通电以后并不发生热损耗，因此可以在导线中通过强大的电流，产生极高的磁场。根据这些性质，可以开发出很多重要应用。闻海虎介绍，简单来说，这一现象背后在于其内部的电子行为进入了一个新的量子状态，自由电子两两配对（库珀对）以后，它们的行为与单个电子截然不同，能够相干在一起发生宏观凝聚现象，从而实现电流在超导体中的无阻流动。“这一重要发现源自三位理论物理学家巴丁、库珀、施里弗于1957年提出的‘Bardeen－Cooper－Schrieffer（BCS）’理论，他们因此于1972年获得诺贝尔物理学奖。”
闻海虎
超导研究不仅具有重要基础物理意义，也具有广阔应用前景，因此，世界各发达国家都在超导体研究领域竞相角逐。闻海虎告诉记者，我国自上个世纪七八十年代就已经有一些支持，经过几代人持续不断的努力，中国科学家已经成为世界超导研究方面的重要力量，在部分领域处于领先状态。
在世界各国科学家持续探索下，在上世纪80年代末开始，高温超导体被陆续发现。所谓高温超导，是指一些材料的超导临界温度比传统低温超导体要高很多，在很高温度下出现零电阻现象。闻海虎介绍，非常规高温超导可以归纳为三大家族，即铜基超导体、铁基超导体和镍基超导体。但同时，高温超导的发现向理论研究提出新的挑战，其具体机制仍在探索研究当中，很明显传统的BCS理论已经不能解释这些高温超导体的机理。高温超导机理也是Science杂志评选出来的人类目前面临的125个重大科学问题之一，对其机理的揭示，将带来意义深远的基础科学革命和应用的发展。
闻海虎团队此次获奖项目，正是针对高温超导体中的铁基超导和镍基超导开展机理研究并取得重要进展，在10余年间围绕该项研究已经发表了百余篇相关科学论文，此次报奖的有五篇代表性工作，其中多个创新亮点被学术界所关注。
比如，团队针对超导态下电子配对的机理，从多角度论证了铁基电子配对的本质特性。“超导态下配对的电子对又称‘库珀对’，配对后的电子形成超导凝聚体，打破电子对需要付出一定的能量，称为超导能隙，它反映了电子间的配对强度，通过大量实验，团队发现了其能隙的基本特征，即获得了能隙符号反转的确切证据，统一了铁基超导体能隙结构的认识。”闻海虎说。此外，团队还利用扫描隧道显微镜对铁基超导体磁通态进行深入细致研究，成功观测到诺奖得主Pierre-Gilles de Gennes等人1964年理论预言的能量分离的磁通束缚态，对铁基超导机理研究具有重要推动作用；在镍基无限层超导薄膜中，团队通过实验发现其主要的配对形式是d波超导能隙，该创新性成果对后续镍基超导机理的揭示有重要的促进和启示作用。
闻海虎团队
在超导研究中，闻海虎团队始终将理论研究与实验研究紧密结合。“我们团队内部共享很好的实验平台，交流思想，也鼓励大家，特别是年轻人产生一些奇思妙想。”闻海虎说，自2011年在南京大学工作开始，他成立了南京大学超导物理和材料研究中心，带领几位年轻的老师以及约30名博士生，开展超导材料和实验研究。“我在组内倡导的思想是实实在在地工作，产出成果是硬道理，当然我们在工作中也要不断追求卓越和高质量。”
闻海虎认为，科学创新有好多种，有一些是反常规的重大科学发现，比如超导现象的发现本身。还有一些是听起来不可思议的理论，很长时间后才被证实。比如，1937年，意大利物理学家预言的马约拉纳粒子，自然界中可能存在的一类特殊的费米子，这种费米子和它的反粒子一样，但是直到近年来，才有科学家在凝聚态物质中发现类似马约拉纳粒子的激发。此外，还有就是与现有的理论图像相悖的图像的提出，但是这些是需要实验的证实才有效。
“我们与国际同行共同发展了一个新办法，这个新方法帮助我们在铁基超导体的能隙特性确定上起到关键作用。因此，在科研工作中，新的方法的建立也是非常重要的。”谈到一件重要工作的周期，闻海虎说，“一个创新工作，我们很难预计其结果和投入时间，一般是产生某个思想，或从一种新样品开始，然后组织实验和研究，但思路是否正确，难度究竟有多大，这无法从工作开始的时候就可以预测，这就跟打一场战役一样，你无法完全把握战役演变的情况。”闻海虎表示，做科研也需要恒心和耐性，无论顺利与否都需要认真去做，“我们的一些课题方向，即便是最快的，周期也要两年左右，比较困难的，需要四五年后工作才能开花结果。”
闻海虎团队成员
超导体的零电阻特性使其成为一种理想的低能耗材料，将在能源领域、信息领域带来深刻的变革。去年，“室温超导”引爆全球科技界，一段时间内成为科学热点和社会普遍关心的问题，超导的应用备受全球瞩目。室温超导仍是人类的一个梦想，科学家的探寻脚步一直没有停歇。
在闻海虎看来，超导研究领域正蓬勃发展，基础研究和应用也正逢其时。“目前产业界已有一些应用，比如核聚变研究的磁体、医院内核磁成像的磁体、高频滤波器、超导低功耗计算和量子计算等等。目前大量的超导应用都还要处于需要液氦温度才能实现，这需要非常庞杂的技术。”闻海虎说，中国科学家也开展了一些高温超导应用的研究，在超导应用研究领域也处于先进水平，各方都在扎实推进，“目前高温超导材料还不是太多，铜基超导的应用正慢慢铺开，铁基超导、镍基超导正在研究当中，挑战和机遇并存，作为超导科研工作者，我们将再接再厉，发现并合成更多好用的高温超导体，争取更大的科学突破。”
2024-06-29 16:35 来源：澎湃新闻
6月24日，2023年度国家科学技术奖揭晓。南京大学闻海虎教授团队的“铁基和镍基超导机理问题研究”科研项目荣获2023年度国家自然科学二等奖。这已经是闻海虎教授第三次获得国家自然科学奖。2004年，他所主持的高温超导体磁通动力学研究获得国家自然科学二等奖；2013年他因为对铁基高温超导材料的研究，获得国家自然科学一等奖（第四完成人）。三次获奖内容不同，但都与“高温超导”研究紧紧相连。
闻海虎
在谈到获奖感言的时候，闻海虎首先致谢。“感谢科技部、教育部、国家自然科学基金委以及南京大学的多方支持，也感谢学术界同仁的指点和厚爱。我们做出了一点贡献，就得到国家这么高的荣誉，这既是鼓励，更是鞭策。”“研究工作得到国家、社会的认可，这让我们团队感觉到由衷的高兴和振奋”。
闻海虎团队
闻海虎教授长期从事超导材料和物理问题研究，从研究生开始就从事超导物理研究，30多年来一直在超导这一热爱的领域默默耕耘。
“超导研究已经有100多年历史了。”闻海虎科普道。早在1911年，科学家就发现了这一神奇的物理现象：普通导体可以导电，但导线一般有电阻，一通电就会发热，就会产生电能损耗；而一些导体在一定的低温下其电阻降为零，通电以后并不发生热损耗，因此可以在导线中通过强大的电流，产生极高的磁场。根据这些性质，可以开发出很多重要应用。闻海虎介绍，简单来说，这一现象背后在于其内部的电子行为进入了一个新的量子状态，自由电子两两配对（库珀对）以后，它们的行为与单个电子截然不同，能够相干在一起发生宏观凝聚现象，从而实现电流在超导体中的无阻流动。“这一重要发现源自三位理论物理学家巴丁、库珀、施里弗于1957年提出的‘Bardeen－Cooper－Schrieffer（BCS）’理论，他们因此于1972年获得诺贝尔物理学奖。”
闻海虎
超导研究不仅具有重要基础物理意义，也具有广阔应用前景，因此，世界各发达国家都在超导体研究领域竞相角逐。闻海虎告诉记者，我国自上个世纪七八十年代就已经有一些支持，经过几代人持续不断的努力，中国科学家已经成为世界超导研究方面的重要力量，在部分领域处于领先状态。
在世界各国科学家持续探索下，在上世纪80年代末开始，高温超导体被陆续发现。所谓高温超导，是指一些材料的超导临界温度比传统低温超导体要高很多，在很高温度下出现零电阻现象。闻海虎介绍，非常规高温超导可以归纳为三大家族，即铜基超导体、铁基超导体和镍基超导体。但同时，高温超导的发现向理论研究提出新的挑战，其具体机制仍在探索研究当中，很明显传统的BCS理论已经不能解释这些高温超导体的机理。高温超导机理也是Science杂志评选出来的人类目前面临的125个重大科学问题之一，对其机理的揭示，将带来意义深远的基础科学革命和应用的发展。
闻海虎团队此次获奖项目，正是针对高温超导体中的铁基超导和镍基超导开展机理研究并取得重要进展，在10余年间围绕该项研究已经发表了百余篇相关科学论文，此次报奖的有五篇代表性工作，其中多个创新亮点被学术界所关注。
比如，团队针对超导态下电子配对的机理，从多角度论证了铁基电子配对的本质特性。“超导态下配对的电子对又称‘库珀对’，配对后的电子形成超导凝聚体，打破电子对需要付出一定的能量，称为超导能隙，它反映了电子间的配对强度，通过大量实验，团队发现了其能隙的基本特征，即获得了能隙符号反转的确切证据，统一了铁基超导体能隙结构的认识。”闻海虎说。此外，团队还利用扫描隧道显微镜对铁基超导体磁通态进行深入细致研究，成功观测到诺奖得主Pierre-Gilles de Gennes等人1964年理论预言的能量分离的磁通束缚态，对铁基超导机理研究具有重要推动作用；在镍基无限层超导薄膜中，团队通过实验发现其主要的配对形式是d波超导能隙，该创新性成果对后续镍基超导机理的揭示有重要的促进和启示作用。
闻海虎团队
在超导研究中，闻海虎团队始终将理论研究与实验研究紧密结合。“我们团队内部共享很好的实验平台，交流思想，也鼓励大家，特别是年轻人产生一些奇思妙想。”闻海虎说，自2011年在南京大学工作开始，他成立了南京大学超导物理和材料研究中心，带领几位年轻的老师以及约30名博士生，开展超导材料和实验研究。“我在组内倡导的思想是实实在在地工作，产出成果是硬道理，当然我们在工作中也要不断追求卓越和高质量。”
闻海虎认为，科学创新有好多种，有一些是反常规的重大科学发现，比如超导现象的发现本身。还有一些是听起来不可思议的理论，很长时间后才被证实。比如，1937年，意大利物理学家预言的马约拉纳粒子，自然界中可能存在的一类特殊的费米子，这种费米子和它的反粒子一样，但是直到近年来，才有科学家在凝聚态物质中发现类似马约拉纳粒子的激发。此外，还有就是与现有的理论图像相悖的图像的提出，但是这些是需要实验的证实才有效。
“我们与国际同行共同发展了一个新办法，这个新方法帮助我们在铁基超导体的能隙特性确定上起到关键作用。因此，在科研工作中，新的方法的建立也是非常重要的。”谈到一件重要工作的周期，闻海虎说，“一个创新工作，我们很难预计其结果和投入时间，一般是产生某个思想，或从一种新样品开始，然后组织实验和研究，但思路是否正确，难度究竟有多大，这无法从工作开始的时候就可以预测，这就跟打一场战役一样，你无法完全把握战役演变的情况。”闻海虎表示，做科研也需要恒心和耐性，无论顺利与否都需要认真去做，“我们的一些课题方向，即便是最快的，周期也要两年左右，比较困难的，需要四五年后工作才能开花结果。”
闻海虎团队成员
超导体的零电阻特性使其成为一种理想的低能耗材料，将在能源领域、信息领域带来深刻的变革。去年，“室温超导”引爆全球科技界，一段时间内成为科学热点和社会普遍关心的问题，超导的应用备受全球瞩目。室温超导仍是人类的一个梦想，科学家的探寻脚步一直没有停歇。
在闻海虎看来，超导研究领域正蓬勃发展，基础研究和应用也正逢其时。“目前产业界已有一些应用，比如核聚变研究的磁体、医院内核磁成像的磁体、高频滤波器、超导低功耗计算和量子计算等等。目前大量的超导应用都还要处于需要液氦温度才能实现，这需要非常庞杂的技术。”闻海虎说，中国科学家也开展了一些高温超导应用的研究，在超导应用研究领域也处于先进水平，各方都在扎实推进，“目前高温超导材料还不是太多，铜基超导的应用正慢慢铺开，铁基超导、镍基超导正在研究当中，挑战和机遇并存，作为超导科研工作者，我们将再接再厉，发现并合成更多好用的高温超导体，争取更大的科学突破。”
