中国科大又上高考试卷！通过这个理综题带你了解科大人奋斗故事

招生办中国科大本科招生 2020-11-14

6月8日上午11点30分，2019年高考综合科目结束，在全国理综II中，出现了一道关于铁基超导的题目：

据教育部考试中心命题组专家揭秘理综命题思路时特别提到该题：“理科综合II卷第35题的文献来源于顶级刊物《Nature》刊载的一种Sm-Fe-As-O-F铁基化合物的超导体。试题以该铁基超导化合物的晶体及相关化合物为载体，考查原子结构、分子结构、分子间力和氢键以及晶体结构等核心知识点，体现学生综合分析问题和自主学习的能力。”，并认为以科技文献为基础命制的试题有利于开拓学生的科学视野。而该文献恰恰就是我校陈仙辉院士2008年发表在《Nature》上的关于铁基高温超导的重大科研成果。

论文报道了在陈仙辉课题组在国际上首次获得了临界温度达到43 K（零下230.15摄氏度）的铁基化合物超导体——氟掺杂钐氧铁砷化合物，突破了麦克米兰极限。而文中该超导体结构图虚线部分就是理综II第3题中的图1，化学式也完全相同。无独有偶，去年高考语文全国I卷实用文体类阅读题就是关于我校潘建伟院士团队和“墨子号”量子科学实验卫星的报道。

现在，让我们来了解一下这道题背后有着科研人员怎样的奋斗故事吧！

超导是20世纪最伟大的科学发现之一，指的是某些材料在温度降低到某一临界温度，或超导转变温度以下时，电阻突然消失并且不能被磁场穿过的现象。具备这种特性的材料称为超导体。在超导研究的历史上，已经有10人获得了5次诺贝尔奖，其科学重要性不言而喻。目前，超导的机理以及全新超导体的探索是物理学界最重要的前沿问题之一，吸引着全世界无数的物理学家。同时，超导在科学研究、信息通讯、工业加工、能源存储、交通运输、生物医学乃至航空航天等领域均有重大的应用前景，受到广泛关注。

物理学家麦克米兰根据传统理论计算断定，超导体的转变温度一般不能超过40K（约零下233摄氏度），这个温度也被称为“麦克米兰极限温度”。1986年，两名欧洲科学家发现以铜为关键超导元素的铜氧化物超导体，转变温度高于40K，因而被称作高温超导体。铜氧化物高温超导体在超导研究的历史上发挥了重要作用，但它们属于陶瓷性材料，复杂的制作工艺使其大规模应用难以实现。上个世纪九十年代中后期，国际物理学界倾向认为铜氧化物超导体能给出的信息基本上被挖掘殆尽，通过铜氧化物超导体探索高温超导机理的研究遇到了瓶颈。

以陈仙辉为代表的中国科大超导研究所的研究人员却一直坚持在高温超导研究领域，二十年如一日默默耕耘，并与物理所的同行建立了良好的合作研究。

2008年2月，日本科学家发现了一种临界温度为26K（零下247.15摄氏度）的新型超导材料，引起陈仙辉的关注。他当天就与几名研究生成立攻关小组。经过一个多月没日没夜的拼搏，陈仙辉小组在国际上首次获得了临界温度达到43 K（零下230.15摄氏度）的铁基化合物超导体——氟掺杂钐氧铁砷化合物，突破了麦克米兰极限，表明发现了新一类的高温超导体。这项成果发表在《自然》上，引起全世界科学家的关注，成为2008年全世界最具影响和被引用最多的5篇论文之一。

继陈仙辉小组之后，物理所王楠林小组独立地报道了氟掺杂的铈氧铁砷化合物在41开（零下232.15摄氏度）表现超导电性；该所赵忠贤领导的科研小组将该类铁砷化合物的超导临界温度提升至55开尔文（零下218.15摄氏度）。

中国科大和物理所的科学家们在铁基高温超导研究中取得了举世瞩目的成就，引领了国际研究的热潮。国际知名科学刊物Science刊发了“新超导体将中国物理学家推到最前沿”的专题评述，称“中国如洪流般涌现的研究结果标志着，在凝聚态物理领域，中国已经成为一个强国”。同时铁基超导体研究被评为美国Science杂志“2008年度十大科学突破”、美国物理学会“2008年度物理学重大事件”及欧洲物理学会“2008年度最佳”。

2014年1月10日上午，中共中央、国务院在北京隆重举行国家科学技术奖励大会。党和国家领导人习近平、李克强、刘云山、张高丽出席大会并为获奖代表颁奖。我校陈仙辉教授与中国科学院物理所的合作者由于在铁基高温超导研究领域做出的突出贡献，被授予国家自然科学一等奖。在这之前，自2000年起，国家自然科学一等奖13年里有9次空缺，目前已连续空缺3年。

获奖五人合影（从左至右：王楠林、陈仙辉、赵忠贤、闻海虎、方忠）

获奖团队中有三位主要成员出自中国科大，其中赵忠贤院士为中国科大1964届本科毕业生，而陈仙辉和王楠林都是在中国科大获得博士学位。

中国科大自新世纪以来，已5次入选年度国际物理学重大进展，两次入选国际物理学十大突破，两次获得国家自然科学奖一等奖……世界首颗量子通信卫星“墨子号”、世界首条千公里级量子通信线路“京沪干线”，光量子计算机、铁基超导、智能语音等一大批世界级原创科技成果在中国科大诞生。在最近大力发展新工科、新医学的同时，中国科大基础学科依然保持着强劲的发展势头，仅2019年前5个月，就在CNS（国际公认的三大顶尖学术期刊Cell、Nature、Science的简称）发表了9篇论文。这都是中国科大人执着攻关创新的结果。

陈仙辉个人介绍

陈仙辉，1963年3月出生于湖南湘潭。中国科学技术大学物理学院物理系教授。1992年获中国科学技术大学凝聚态物理专业博士学位，并留校工作。此后先后作为洪堡基金学者在德国卡尔斯鲁厄研究中心和斯图加特马普固体物理研究所工作，作为访问教授在日本北陆先端科学技术研究院和美国德克萨斯超导研究中心工作。1998年获得国家杰出青年基金资助，2002年受聘教育部长江特聘教授，2015年当选中国科学院院士。现任中科院强耦合量子材料物理重点实验室主任。

陈仙辉长期以来一直坚持新型非常规超导体的探索及超导和强关联物理的研究，发现的新型超导体涵盖铜氧化合物超导体、富勒烯超导体、铁基超导体和有机超导体等多种体系。在铁基超导体的研究中取得突破性成果：首次在铁基超导体(常压下)实现40K以上的超导电性，给出了相图及反铁磁与超导电性竞争和共存的证据，发现大同位素效应和磁化率线性温度依赖关系的普适行为；在强关联电子体系中发现多自由度相互作用导致的反常行为；基于黑磷具有与石墨类似的二维结构且有能隙，提出开展对其研究的思想，并与合作者成功地在二维黑磷薄层晶体实现了场效应晶体管。

主要荣誉