任聰， 現(xiàn)任中國科學(xué)院物理研究所副研究員，超導(dǎo)實驗室SC8I課題成員、博士生導(dǎo)師。

教育背景：

2002-03--2005-05 佛羅里達(dá)州立大學(xué)材料物理研究技術(shù)中心， 訪問學(xué)者。

1999-03--2002-02 Brown 大學(xué)物理學(xué)， 博士后。

1993-09--1999-02 南京大學(xué)， 博士。

工作簡歷：

2005-06~現(xiàn)在, 中科院物理研究所超導(dǎo)國家重點實驗室，副研究員。

2002-03~2005-05,佛羅里達(dá)州立大學(xué)材料物理研究技術(shù)中心，訪問學(xué)者。

1999-03~2002-02,Brown 大學(xué)物理學(xué)，博士后。

1993-09~1999-02,南京大學(xué)， 博士。

招生專業(yè)

070205

招生方向

凝聚態(tài)物理實驗，超導(dǎo)配對機(jī)理。

研究方向：

超導(dǎo)材料與物理學(xué)

承擔(dān)科研項目情況：

2011年， 國家自然科學(xué)基金項目：“鐵基超導(dǎo)體超導(dǎo)能隙函數(shù)和超流密度研究”。

2015年， 國家自然科學(xué)基金項目：“鐵基超導(dǎo)體高壓隧道譜研究”。

科研成果：

資料更新中…… 

代表性論文:

1、L. Shan*, J. Gong, Y.L. Wang, B. Shen, X.Y. Hou, C. Ren, C.H. Li, H. Yang, H.H. Wen, S.L. Li, P.C. Dai, Evidence of a Spin Resonance Mode in the Iron-Based Superconductor Ba0.6K0.4Fe2As2 from Scanning Tunneling Spectroscopy, Physical Review Letters 108, 227002 (2012).

2、H. Yang, B. Shen, Z.Y. Wang, L. Shan, C. Ren, H.H. Wen, Vortex images on Ba1-xKxFe2As2 observed directly by magnetic force microscopy, Physical Review B 85, 014524 (2012).

3、B. Shen, H. Yang, Z.S. Wang, F. Han, B. Zeng, L. Shan, C. Ren, H.H. Wen, Transport properties and asymmetric scattering in Ba1-xKxFe2As2 single crystals, Physical Review B 84, 18512 (2011).

4、L. Shan*, Y.L. Wang, B. Shen, B. Zeng, Y. Huang, A. Li, D. Wang, H. Yang, C. Ren, Q.H. Wang, S.H. Pan, H.H. Wen, Observation of ordered vortices with Andreev bound states in Ba0.6K0.4Fe2As2, Nature Physics 7, 325 (2011).

5、L. Shan, Y.L. Wang, J. Gong, B. Shen, Y. Huang, H. Yang, C. Ren, H.H. Wen, Evidence of multiple nodeless energy gaps in superconducting Ba0.6K0.4Fe2As2 single crystals from scanning tunneling spectroscopy, Physical Review B 83, 060510 (2011).

6、B. Zeng, G. Mu, H.Q. Luo, T. Xiang, I.I. Mazin, H. Yang, L. Shan, C. Ren, P.C. Dai, H.H. Wen, Anisotropic structure of the order parameter in FeSe0.45Te0.55 revealed by angle-resolved specific heat, Nature Communications 1, 112 (2010).

7、B. Shen, P. Cheng, Z.S. Wang, L. Fang, C. Ren, L. Shan, H.H. Wen, Flux dynamics and vortex phase diagram in Ba(Fe1-xCox)2As2 single crystals revealed by magnetization and its relaxation, Physical Review B 81, 014503 (2010).

8、Y.L. Wang, Y. Huang, L. Shan*, S.L. Li, P.C. Dai, C. Ren, H.H. Wen, Annealing effect on the electron-doped superconductor PrLaCeCuO, Physical Review B 80, 094513 (2009).

9、C. Ren, Z. S. Wang, H. Q. Luo, H. Yang, L. Shan, and H. H. Wen, Evidence for two energy gaps in superconducting Ba0.6K0.4Fe2As2 single crystals and the breakdown of the Uemura plot. Phys. Rev. Lett. 101，257006 (2008).

10、H. Yang, C. Ren, L. Shan, H. H. Wen, Magnetization relaxation and collective vortex pinning in the Fe-based superconductor SmFeAsO0.9F0.1. Phys. Rev. B 78，092504 (2008).

11、L. Shan*, Y. L. Wang, X. Y. Zhu, G. Mu, L. Fang, C. Ren, H. H. Wen, Point-contact spectroscopy of iron-based layered superconductor LaO0.9F0.1-delta FeAs. Europhys. Lett. 83, 57004 (2008).

12、L. Shan*, Y. Huang, Y. L. Wang, S. L. Li, J. Zhao, P. C. Dai, Y. Z. Zhang, C. Ren, H. H. Wen, Weak-coupling Bardeen-Cooper-Schrieffer superconductivity in the electron-doped cuprate superconductors. Phys. Rev. B 77, 014526 (2008).

13、Y. Wang, C. Ren, L. Shan, S. L. Li, P. C. Dai, and H. H. Wen, Peak effect due to Josephson vortices in superconducting Pr0.88LaCe0.12CuO4−x single crystals. Phys. Rev. B 75, 134505 (2007).

14、L. Shan*, Y. Huang, C. Ren, H. H. Wen, Vortex overlapping in a BCS type-II superconductor revealed by Andreev reflection spectroscopy. Phys. Rev. B 73, 134508 (2006).

15、H. Gao, C. Ren, L. Shan, Y. Wang, Y. Zhang, S. Zhao, X. Yao and H. H. Wen, Reversible magnetization and critical fluctuations in systematically doped YBa2Cu3O7- single crystals. Phys. Rev. B 74, 020505 (2006).

榮譽(yù)獎勵：

資料更新中……

我的超導(dǎo)夢

——記中國科學(xué)院物理研究所副研究員任聰

超導(dǎo)是指在溫度接近絕對零度的時候?qū)щ姴牧系碾娮柃吔��?的性質(zhì)。“超導(dǎo)體”是指能進(jìn)行超導(dǎo)傳輸?shù)膶?dǎo)電材料。人類最初發(fā)現(xiàn)物體的超導(dǎo)現(xiàn)象是在1911年，當(dāng)時荷蘭科學(xué)家海克?卡末林?昂內(nèi)斯等人發(fā)現(xiàn)，某些材料在極低的溫度下，其電阻完全消失，呈超導(dǎo)狀態(tài)。零電阻和抗磁性是超導(dǎo)體的兩個重要特性。

100多年來的孜孜以求，人類對于探索超導(dǎo)奧秘以及實現(xiàn)超導(dǎo)體應(yīng)用寄予了無限渴望，這其中也不乏中國科學(xué)家的身影。中國科學(xué)院物理研究所副研究員任聰就是一位對超導(dǎo)體性質(zhì)研究無限癡迷與熱愛的科學(xué)家。從美國到中國，他跟隨著發(fā)展中國超導(dǎo)事業(yè)的初心一路前行，在前輩趟出的超導(dǎo)之路上，不斷創(chuàng)新。

探秘高溫超導(dǎo)機(jī)理

自從100年前發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象以來，科學(xué)家一直尋求提高其超導(dǎo)溫度和性能的辦法。超導(dǎo)體得天獨(dú)厚的特性，使它可能在各種領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。但由于早期的超導(dǎo)體存在于液氦極低溫度條件下，極大地限制了超導(dǎo)材料的應(yīng)用，人們一直在探索高溫超導(dǎo)體。1986年，高溫超導(dǎo)體的研究取得了重大的突破，掀起了以研究金屬氧化物陶瓷材料為對象，以尋找高臨界溫度超導(dǎo)體為目標(biāo)的“超導(dǎo)熱”。

高溫超導(dǎo)材料的用途非常廣泛，包括大電流應(yīng)用、電子學(xué)應(yīng)用和抗磁性應(yīng)用。大電流應(yīng)用即超導(dǎo)發(fā)電、輸電和儲能；電子學(xué)應(yīng)用包括超導(dǎo)計算機(jī)、超導(dǎo)天線、超導(dǎo)微波器件等；抗磁性主要應(yīng)用于磁懸浮列車和熱核聚變反應(yīng)堆等。

然而，目前的高溫超導(dǎo)體距離應(yīng)用依舊有很大距離，高溫超導(dǎo)體的原理與奧秘依舊在吸引大量科學(xué)家從事研究，希望能夠?qū)ふ业接袘?yīng)用前景的新材料，以提高其性能。20余年來，人們陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了100余種非金屬以銅氧化合物為基礎(chǔ)的高溫超導(dǎo)材料，大大拓寬了對凝聚態(tài)物質(zhì)的理解。但是，相關(guān)的高溫超導(dǎo)機(jī)理卻仍是凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的難題之一。

面對這個嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，不僅需要利用各種各樣的測量和觀察方法以加深對這種新材料的認(rèn)識和提高所觀察到的許多不規(guī)則性質(zhì)的準(zhǔn)確性，更重要的是，需要積極地在新合成材料和新的晶體結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)同樣甚至更好的超導(dǎo)電性，對這些各式各樣的高溫超導(dǎo)電性加以綜合分析，從而在理論上，擴(kuò)大或修正傳統(tǒng)的觀點，建立一個甚至出發(fā)點完全不同的機(jī)理模型。

任聰介紹：“高溫超導(dǎo)電性自發(fā)現(xiàn)以來一直是凝聚態(tài)物理學(xué)領(lǐng)域的重點研究課題之一，而鐵基超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)為高溫超導(dǎo)電性研究另辟蹊徑，有助于揭示高溫超導(dǎo)機(jī)理。一個關(guān)鍵而必須解決的問題是鐵基超導(dǎo)體超導(dǎo)能隙的大小和電子對的配對對稱性。點接觸隧道譜和磁穿透深度測量在研究高溫超導(dǎo)體能隙結(jié)構(gòu)和電子配對對稱性方面起了重要的作用。”

2011年，任聰申請國家自然科學(xué)基金項目“鐵基超導(dǎo)體超導(dǎo)能隙函數(shù)和超流密度研究”，即立足于利用點接觸隧道譜儀和高靈敏微米霍爾探測儀測量系列摻雜的鐵基超導(dǎo)體FeAs基和FeSe基高質(zhì)量單晶樣品的Andreev反射譜和下臨界磁場Hc1以及隨溫度的依賴關(guān)系，分析并研究鐵基超導(dǎo)體的能隙結(jié)構(gòu)、能隙大小、超流密度，以及這些參量在摻雜區(qū)的演變規(guī)律，為揭示鐵基超導(dǎo)電性提供有力的實驗數(shù)據(jù)。

這是一個注定充滿挑戰(zhàn)的項目。為此，任聰和團(tuán)隊也做足了準(zhǔn)備。首先，他們致力于制備本征的超導(dǎo)隧道結(jié)，包括在真空原位理解基礎(chǔ)上，微加工制備超導(dǎo)/正常金屬隧道結(jié)，測量BaFe1-xNixAs2和KFe2+xSe2單晶的Andreev反射譜，以及反射譜隨溫度、磁場的譜線變化，通過認(rèn)真分析數(shù)據(jù)，根據(jù)一定的理論模型，分析擬合譜線，得到超導(dǎo)能隙的各向異性和大小；超導(dǎo)能隙隨溫度、磁場的演變關(guān)系。

此外，下臨界磁場Hc1等價于超流密度，這是任聰在該項目研究中的另一個關(guān)鍵物理參量。此前，他們已經(jīng)開發(fā)出利用高靈敏霍爾探測儀測量超導(dǎo)體下臨界磁場的方法。此次，他們繼續(xù)用微霍爾探測技術(shù)測量鐵基超導(dǎo)體的下臨界磁場，得到下臨界磁場在c軸方向和ab面方向上的各項異性，即超流密度的各向異性和超流密度絕對大小，以及這些性質(zhì)對摻雜的依賴關(guān)系。以期對此新超導(dǎo)體系的性質(zhì)在整個摻雜區(qū)有一個比較全面的認(rèn)識。

項目的創(chuàng)新之處在于，發(fā)展了半導(dǎo)體二維電子霍爾探測技術(shù)決定超導(dǎo)體下臨界磁場的方法。下臨界磁場Hc1是超導(dǎo)體的一個基本參量之一，目前還沒有一個成熟的技術(shù)精確測定下臨界磁場。任聰發(fā)展了利用半導(dǎo)體二維電子氣霍爾探測和交流震動ac shaking的技術(shù)精確地決定下臨界磁場。項目的另一個特色之處在于，利用微加工技術(shù)制備點接觸隧道結(jié)，避免了通常使用的針尖點接觸單晶樣品造成的針尖壓力效應(yīng)。

高壓與超導(dǎo)的“化學(xué)反應(yīng)”

2015年，任聰和團(tuán)隊再次申請國家自然科學(xué)基金，其項目為“鐵基超導(dǎo)體高壓隧道譜研究”，這是對上一國家自然科學(xué)基金課題的深入與延續(xù)。

任聰說：“壓力作為重要的物態(tài)方程變量，在鐵基超導(dǎo)材料及物性研究中扮演著非常重要的角色。”這一項目致力于探索發(fā)展壓力環(huán)境下的隧道譜儀/微接觸Andreev反射譜儀技術(shù)，并利用高壓隧道譜/Andreev反射譜測量技術(shù)測試系列鐵基超導(dǎo)體FeSe-11和KFe2As2-122高質(zhì)量單晶樣品的隧道譜線以及隨溫度、壓力的依賴關(guān)系，分析并研究鐵基超導(dǎo)體的能隙結(jié)構(gòu)、能隙大小以及相關(guān)的低能激發(fā)模式的壓力演變規(guī)律，為揭示鐵基超導(dǎo)電性提供有力的實驗數(shù)據(jù)。

此次，項目針對的是非常規(guī)超導(dǎo)電性，其自發(fā)現(xiàn)以來一直是凝聚態(tài)物理學(xué)領(lǐng)域的熱點研究課題之一。顧名思義，非常規(guī)超導(dǎo)電性是指超導(dǎo)電子配對的機(jī)制不再是以常規(guī)的電子—聲子作用，而更多地傾向于電子與其他的集體激發(fā)的相互作用為配對媒介。

壓力作為重要的物態(tài)方程變量，在超導(dǎo)材料及物性研究中扮演著非常重要的角色。高壓可以改變物質(zhì)中晶體結(jié)構(gòu)、電子的關(guān)聯(lián)作用及電子與晶格的相互作用，使許多非超導(dǎo)體成為超導(dǎo)體，而超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc也隨著所加壓力而變化多端，呈現(xiàn)出豐富的溫度—壓力相圖。超導(dǎo)體的臨界轉(zhuǎn)變溫度受高壓調(diào)控的現(xiàn)象表明了高壓研究在非常規(guī)超導(dǎo)電性研究中起著關(guān)鍵的作用。

此外，隧道譜儀在當(dāng)今凝聚態(tài)材料物理研究中發(fā)揮著不可替代的作用。超導(dǎo)隧道譜是探測超導(dǎo)體特殊的電子態(tài)密度形式、超導(dǎo)能隙和可能的電子—玻色子集體激發(fā)模式，對超導(dǎo)電性的理論研究提供了大量詳實的實驗數(shù)據(jù)支持與佐證。然而目前隧道譜儀工作環(huán)境還比較單一，工作模式也是基于常壓環(huán)境下，所得到的均是常壓下超導(dǎo)材料的信息。

“由于針尖式隧道譜和Andreev反射譜均不能在高壓環(huán)境下開展工作，不能得到高壓下超導(dǎo)物質(zhì)相的隧道譜信息，極大限制了隧道譜儀在高壓超導(dǎo)電性研究中的重要性。到目前為止，國際上所有研究組還沒有拓展壓力下的Andreev反射譜技術(shù)。此外，高精度的掃描隧道譜（STM）也不可能在高壓環(huán)境下工作，而只能發(fā)展平面隧道結(jié)的方法。”任聰說。

基于以上考慮，任聰及團(tuán)隊自主獨(dú)立創(chuàng)新，率先提出進(jìn)行高壓超導(dǎo)隧道譜實驗研究。結(jié)合當(dāng)今先進(jìn)的高壓實驗技術(shù)，發(fā)展高壓環(huán)境下工作的平面結(jié)超導(dǎo)隧道譜和平面微接觸Andreev反射譜實驗技術(shù)，為揭示高壓超導(dǎo)機(jī)理提供第一手可靠的實驗數(shù)據(jù)。同時，平面的異質(zhì)隧道結(jié)也是真實的器件構(gòu)型，發(fā)展高壓超導(dǎo)隧道譜的研究也為開發(fā)隧道結(jié)器件在極端條件下的新的應(yīng)用領(lǐng)域提供了可能。

項目研究目標(biāo)涵蓋了典型的電聲作用強(qiáng)耦合元素超導(dǎo)體鉛Pb的高壓隧道譜及高壓聲子譜密度，鐵基超導(dǎo)體FeSe、FeSeTe單晶，Kfe2As2、RbFe2As2。項目的創(chuàng)新之處在于，探索和發(fā)展了壓力相關(guān)的隧道譜技術(shù)方法。任聰及團(tuán)隊創(chuàng)造性地提出利用微加工技術(shù)制備平面結(jié)及平面接觸隧道結(jié)，避免了通常使用的針尖點接觸單晶樣品造成的針尖壓力效應(yīng)，而且平面結(jié)才是壓力環(huán)境中工作的樣品構(gòu)型。他們已經(jīng)在超導(dǎo)體Pb膜上實驗了高壓隧道譜的可行性，而鐵基高壓隧道譜項目正是他們的原創(chuàng)工作，具有國際創(chuàng)新意義。

堅持是成功的唯一途徑

100年超導(dǎo)歷史，科學(xué)家前赴后繼地探索研究，只為能夠?qū)⒅�盡快應(yīng)用。這是一條充滿艱辛的路，沒有足夠的熱愛與毅力，無法支撐一個人在這條路上走下去。和許多人一樣，任聰邁進(jìn)這一領(lǐng)域，最初是出于學(xué)生時代對物理的熱愛。在科學(xué)史中，那些改變世界的科學(xué)家總是讓他心生崇敬。

1999年，任聰在獲得南京大學(xué)凝聚態(tài)物理專業(yè)博士學(xué)位后，來到美國布朗大學(xué)從事博士后研究工作，隨后又轉(zhuǎn)戰(zhàn)佛羅里達(dá)州立大學(xué)繼續(xù)從事博士后研究工作。在美國6年，任聰遇到了對他科研生涯影響至深的導(dǎo)師Von Molnar教授。“導(dǎo)師曾任IBM研究部主任28年，退休后來到佛羅里達(dá)州立大學(xué)，他座下的學(xué)生曾有一人獲得過諾貝爾獎。每年呈送給美國國務(wù)院的世界科研進(jìn)展報告，他是執(zhí)筆人之一。”任聰說。

彼時，任聰正在考慮回國發(fā)展一事，他把自己的想法告訴了導(dǎo)師，并得到了導(dǎo)師的大力支持。當(dāng)時正值2004年亞特蘭大奧運(yùn)會舉行之際，導(dǎo)師以中國的奧運(yùn)金牌數(shù)量為例，向任聰表達(dá)了他對中國科研前景的看法：“20年前中國在奧運(yùn)會上的金牌數(shù)量只有很少的幾塊，隨后中國政府把精力投入在體育事業(yè)發(fā)展上，僅僅20年發(fā)展，中國的金牌數(shù)量就上升至第二名。這說明，政府一旦把眼光放在科研上，中國的科研事業(yè)也一定會迅速發(fā)展起來。而我已經(jīng)感覺到，中國政府已經(jīng)把眼光放在了科研上，現(xiàn)在正是需要人的時候。現(xiàn)在只是欠缺人力物力，一旦投入跟上來，中國的科研前景是不可限量的。”

導(dǎo)師的一番話，對任聰?shù)挠绊懼两癃q在。自2005年回國以來，任聰感受到的祖國科研事業(yè)的發(fā)展進(jìn)程，驗證了當(dāng)年導(dǎo)師的一番話。這是一片大有可為的天地，此時正是施展抱負(fù)的良機(jī)。在對超導(dǎo)研究的極大熱情下，任聰回國十年，干勁十足，生活上的瑣事都可以化繁為簡，工作幾乎占據(jù)了他生活的全部，為了科研，他始終爭分奪秒。

“在國際上來說，我國在材料領(lǐng)域的實力已經(jīng)跟日本不相上下。這要感謝趙忠賢老師等前輩，他們堅持在超導(dǎo)研究領(lǐng)域幾十年，誕生了一批成果，帶出了一批人才。”老一輩的科學(xué)家艱苦卓絕發(fā)展中國超導(dǎo)事業(yè)的事跡，一直激勵著任聰。他說：“一件事的成功率如果只有1%，那么做一次的成功率也只有1%，而堅持做100次，成功率會提升到37%。做超導(dǎo)很苦，很多人堅持不了，然而成功的秘訣只有堅持。趙忠賢老師那一輩超導(dǎo)人，能在國家沒有基礎(chǔ)的情況下，做到國際數(shù)一數(shù)二的水平，很不容易。我們應(yīng)該向他們學(xué)習(xí)。”

任聰說，要堅持在超導(dǎo)路上持之以恒地走下去，一是要具備極大的興趣；二是要敢于在困難面前創(chuàng)新求變、大膽探索。在開展“鐵基超導(dǎo)體高壓隧道譜研究”前，國際上還沒有人想到過要把高壓手段放進(jìn)研究譜型里。任聰問過很多同行，如果他做一個隧道譜，從事這方面的研究是否可行，得到的答案幾乎都是否定的。“一個材料做好后，我們總是很小心地想保護(hù)它。現(xiàn)在施加壓力，不是在破壞它嗎？”然而，任聰并不這么看。他說：“試想一堆沙子輕輕一碰就會散，而一粒沙就不會被壓壞。也就是說，把尺寸做小了，就不容易被破壞。”

有了這個想法后，任聰馬上付諸實踐，這才有了今天的國家自然科學(xué)基金課題。他說：“科研需要不斷去嘗試，僅僅是想或者猶豫，有些發(fā)現(xiàn)就會被錯過。”未來，他希望能夠利用高壓隧道探測一些超導(dǎo)體的性質(zhì)，同時，利用高壓技術(shù)提高超導(dǎo)溫度也是他未來工作的一個方向。

有壓力才有動力，有夢想才能看見遠(yuǎn)方。超導(dǎo)路雖然艱辛，然而任聰卻用熱情與激情堅守著，在風(fēng)雨兼程中收獲喜悅與成功。

      來源：科學(xué)中國人 2016年第8期