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物理研究團隊補白超導機制之謎圖
證實鐵硒高溫超導體(FeSe)三種排序與其反鐵磁性
 

本院物理研究所研究團隊日前以創新的奈米製程方式所獲得的化合物為研究材料,證實鐵硒超導體化合物(β-Fe1-xSe)中至少含有三種不同的鐵空位的排序,並且發現其中的一種排序為絕緣體且具反鐵磁性。由於物理學家至今仍未解開超導現象之謎圖,超導體的日常生活應用乃而受限,預計這項創新的發現將可提供更明確的方向,協助科學家理解所有的高溫超導機制。國際頂尖專業期刊「美國國家科學院期刊」(Proceedings of the National Academy of Science (PNAS)於2014年1月7日刊登這篇重要的研究成果。

超導體是指一種導體電阻為零的材料,而且必須在低溫環境中始能發生作用。多年來,物理學家是利用攝氏零下250度(23K)的環境以及液態氦冷卻之方式,啟動超導機制。這種複雜的製程與昂貴的成本,使得超導體的日常應用甚為困難。直到1986年一種以銅為基礎的高溫超導體(鑭鋇銅氧化物)首先被研發出來,以及2008年以鐵為基礎的高溫超導體亦被陸續成功研發。目前銅氧化物超導體的操作環境溫度已提高到攝氏零下143度(130K),距離日常生活應用相當接近。然而,截至目前為止,科學家對於低溫超導或許已經理解甚多,對於高溫超導卻仍有諸多謎圖等待補白。

高溫超導是一種奇特且難以預測的物理現象。在諸多未解謎圖中,鐵基超導體之明確的化學組成,同一系列材料卻呈現極大差異的超導轉變溫度,以及此材料超導之形成是否和鐵元素本質上具有磁性相關等議題,尤其吸引鐵基超導體研究專家們的眼光與關注。

此次由本院物理研究所特聘研究員暨國立東華大學校長吳茂昆院士所領導的實驗團隊,透過與清華大學陳福榮教授以及比利時安特衛普大學 (University of Antwerp in Belgium) 范戴克教授 (Professor Dirk Van Dyck)之合作,應用該所昂貴的核心設施儀器以及安特衛普大學超高解析度穿透式電子顯微鏡,再度證實鐵硒超導體化合物(β-Fe1-xSe)中至少含有三種不同的鐵空位的排序,並且發現其中的一種排序為絕緣體且具反鐵磁性。同時,此次研究團隊所使用的材料即為2008年吳茂昆院士所首度創新研發出來的鐵硒超導化合物(β-Fe1-xSe)。鐵硒超導體是近年來物理界最熱門的研究題材,由於鐵硒是一種可能在超導溫度接近液態氮液化溫度的材料,同時具有極高的臨界電流密度,被視為研發成為零損耗、高電流傳輸線的適當對象。

此篇研究獲得國際重視其原因有二。其一、學術界在高溫超導體的研究,一般相信高溫超導的成因,是在一具有反鐵磁性的母體相(parent phase)化合物內,摻雜足量的電子或電洞後,促使反鐵磁性變成超導性。這篇研究的出現,提供鐵硒高溫超導體研究真實的母體相基礎,進一步得以描繪鐵硒超導體的完整相圖。其二,這篇研究發現新的鐵空位有序相的存在,可協助科學家們研究鐵空缺與超導態之間的關聯性,對於鐵基高溫超導體或甚至銅氧化物高溫超導體的超導機制,將有更進一步的瞭解。

超導體目前已經應用於人類使用的磁共振顯像、高速磁浮列車、以及核磁共振顯像等醫學高解析等科技產品。若能克服超導體的成本、溫度、穩定度等限制,未來將為長距離無耗損的電力傳輸、高性能網格、雷達、變壓設備、儲電設備、高能物理、高端計算、奈米級材料以及超導磁制冷等範疇,帶來革命性的影響。

參考網站:http://www.pnas.org/content/111/1/63.abstract

新聞聯繫人:
吳茂昆院士,中央研究院物理研究所特聘研究員暨國立東華大學校長
(Tel)+886-3- 863-2001
林美惠,中央研究院院本部秘書長室mhlin313@gate.sinica.edu.tw
(Tel) +886-2-2789-8821 (Fax) +886-2-2782-1551 (M) 0921-845-234
黃復君 ,中央研究院院本部秘書長室pearlhuang@gate.sinica.edu.tw
(Tel) +886-2-2789-8820 (Fax) +886-2-2782-1551 (M) 0912-831-188
董克景教授,國立東華大學秘書室公關組 kctung@mail.ndhu.edu.tw
(Tel) +886-3-8632011 (Fax) +886-3-8632000

發稿單位 : 中央研究院 秘書長室
最後更新:中華民國103年02月18日



專題生應可歆同學,於吳茂昆老師及趙偉祥博士的指導下,代表國家參加2013美國英特爾國際科技展覽會(Intel ISEF),榮獲物理與太空科學科大會三等獎 

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吳茂昆院士榮獲德國宏博研究獎(Humboldt Research Award) 推崇其終身成就

物理所特聘研究員兼所長吳茂昆院士,以其終身成就之傑出學術貢獻,日前為成立歷史長達150年的德國宏博基金會(Alexander von Humboldt Foundation)頒授宏博研究獎(Humboldt Research Award)。吳院士於2010年3月21日該基金會在德國城市班貝格(Bamberg)舉行的年度大會中,親自領獎。 

宏博研究獎(Humboldt Research Award)旨在表彰傑出學者之成就,推崇他們在科學界曾經發現重要基礎理論,或者提出新理論,而影響全球深遠。獲此殊榮的學者,未來將可以在德國停留1年,同時帶領德國後學,再創學術高峰。 

吳茂昆院士專長研究超導物理與磁學,從1995年起即擔任國立清華大學物理系及材料中心教授迄今。1998年他獲選本院院士,2004年獲選美國國家科學院海外院士,2004年獲選發展中世界科學院院士。吳茂昆院士同時擔任過行政院國家科學委員會副主任委員(2000-2002)、主任委員(2004-2006),目前亦擔任奈米國家型科技計畫總主持人(2006--)。

宏博基金會創立於1860年,係為紀念德國自然科學家亞歷山大•馮•宏博(Alexander von Humboldt)而設立;基金會曾經因戰火而中斷,1953年德國政府正式重建。目前該基金會每年支援2千多位學者赴德國作研究,同時與全球130多個國家2萬4千位學者,保持密切學術聯繫。
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北一女專題生洪瑀、林季潔同學,於吳茂昆老師及黃子文博士的指導下,榮獲2010年臺灣國際科學展覽會大會獎化學科一等獎,並代表國家參加美國第61屆國際科技展覽會 


照片由國立臺灣科學教育館提供
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朱經武院士及吳茂昆所長 共同榮獲義大利科學和平獎 
Ettore Majorana-Erice-Science for Peace Prize 2007

朱經武院士 與 吳茂昆院士共同榮獲「艾托里馬約拉納-伊利斯-科學和平獎」( Ettore Majorana-Erice-Science for Peace Prize 2007),這是推崇科學家以科學科技促進世界和平為聞名的獎項。頒獎典禮將於2008年12月17日羅馬梵蒂岡舉行。 

11月下旬由2位教授「宗座科學院」( Pontifical Academy of Science)秘書長Pro. Marcello Sanchez Sorondo,與「世界科學家聯合會」( World Federation of Scientists, WFS)主席Prof. Antonino Zichichi聯合署名賀函中,推崇2位院士共同創造「首次建立超過絕對溫標77度的Y Ba2 Cu3 超導體轉變系統之卓越研究,以及對物理教育的持續奉獻。」 

「艾托里馬約拉納-伊利斯-科學和平獎」係由義大利西西里自治區國會自1990年開始所設立的獎項,旨在闡明科技應該為增進人類和平與福祉而存在,反對應用科技於軍事目的。獎項係以義大利物理學者艾托里馬約拉納( Ettore Majorana)命名,這位1906年誕生於西西里的學者,以中子質量之研究聞名全球,1938年神秘失蹤後更引起全球矚目。 

此獎項之甄選係委託「世界科學家聯合會」(WFS)負責,該聯合會成立於1973年,總部位於瑞士,目前擁有超過110國家1萬名科學家會員。其宗旨是推展全球科學家互助合作,分享知識,俾便全人類同享科技成果。該組織最有名的是1982年開始推行簽署「伊利斯宣言」(Erice Statement),這項宣言反對科技的軍事用途。 

朱經武院於1988年當選本院院士,目前是香港科技大學校長。朱院士的學術榮譽包括:Leroy Randall Grumman Medal(1987)、Comstock Award(1988)、National Medal of Science(1988)、International Prize for New Materials(1989)、National Academy of Sciences(USA)(1989)、American Academy of Arts and Sciences(1989)、Texas Instruments Founder's Prize(1990)、Bernd Matthias Materials Prize(1994)、Chinese Academy of Sciences(PRC)(1996)、Freedoms Foundation National Award (2001)、Russian Academy of Engineering(2005) 。 

吳茂昆院士於1998年當選本院院士,目前是物理研究所特聘研究員兼所長,專長應用物理科學、物理。吳院士曾榮獲的學術榮譽包括:美國國家科學院 Comstock Prize(1988)、美國NASA特別獎(1988)、第一屆淡江大學菁英獎(1989)、國際超導研究學會Bernd T. Mattias Prize(1994)、李遠哲傑出人才基金會傑出人才獎座(1995)、亞太國際材料學院院士(1998)、美國國家科學院海外院士(2004)、發展中世界科學院院士(2004)等。 
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c2008 Company Institute of Physics, Superconductor Lab