陈仙辉
中国科学技术大学
先进事迹：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, 并展开了深入的研究。他的研究组在相关领域取得了一系列创新性研究成果，在《科学》(1篇), 《自然》(3 篇)、《自然》子刊(9篇)和《物理评论快报》(27 篇)等刊物发表论文298篇，共被他引8132余次。尤其在铁基超导体的研究中取得突破性成果，包括他的成果在内的铁基超导体研究被Science评为“2008年度十大科技进展”、被美国物理学会评为“2008年度物理学重大事件”、被欧洲物理学会评为“The best of 2008”、并入选“2008年度中国基础研究十大新闻”。 美国《今日物理》2010年3月发表了题为《物理在中国》特稿介绍中国物理，文章一开始就以陈仙辉组的工作作为标志成果之一介绍：“汤姆森路透社宣布了一篇中国人的论文是本年度最热门论文之一。这篇出自中国科技大学陈仙辉与合作者的论文报道了在新发现的铁基材料中43K温度的超导电性，当年即被引用100次”。2008年4月美国《科学》发表了题为《新超导体将中国物理学家推到最前沿》的专题评述，文中报道：“2008年3月25日中国科技大学陈仙辉首次把钐氧氟铁砷超导体的临界温度提升到43K”。这标志着我国在铁基高温超导方面的研究处在世界前列。
一、铁基高温超导体的发现及其物性与相图的研究
1）2008年2月日本科学家报道了26K的镧氧氟铁砷超导体，同年3月陈仙辉研究组用磁性离子钐取代非磁性的镧，首次发现超导临界温度Tc为43K的钐氧氟铁砷超导体，随后通过调控载流子浓度使Tc 升至54K。这些结果突破了BCS理论预言的麦克米兰极限，证实了铁基超导体是除铜氧化合物之外的又一类非常规高温超导体。该工作在《自然》发表后，立刻引起了学术界的强烈关注。《自然》审稿人对该工作给予了高度评价:“这是一篇坚实可靠的论文，开辟了氟掺杂ROFeAs化合物的领域。这项工作表明超导转变温度(在常压下)可高于40K，该工作是坚实的，有助于该领域基石的奠定”。Science、Nature、Physics Today 等知名刊物对该工作均做了专门评述或亮点跟踪报导。《亚洲材料》亮点介绍中评述：“陈仙辉和他的合作者把La用Sm替换后发现SmO1-xFxFeAs的超导转变温度比日本小组报道的材料高将近20K。这个发现具有非常重要的意义。由这个中国小组报道的超导转变温度比描述电声子相互作用导致超导的BCS理论的极限还要高。这些结果和后来由同一个组发现的更高的超导转变温度表明铁基超导体不能用传统的BCS理论解释。”。该论文引用1182次，在2008-09两年国际上物理学最热门论文引用排名中位列第二；在2008-09两年发表于《自然》的所有科学论文中被引用排名第一；在2002-2012年我国被引用次数最高十篇论文中排名第五，物理领域排名第一。随后陈仙辉小组又发现了Tc为20K的Ca122体系的新超导体和Tc为56K的新型1111体系的钐掺杂锶氟铁砷超导体。
2）在铁基超导机理与物性研究中，率先确定了铁基超导体的Sm1111和Ba122体系的电子相图，并首次给出了铁基超导体中自旋密度波与超导电性之间竞争和共存的实验证据。这些结果发表于PRL101,087001(2008)和EPL85, 17006(2009)，分别被他引216次和227次，表明这些研究对超导机理的理解有重要影响。率先发现铁基超导体中铁同位素交换导致的超导转变温度和自旋密度波转变温度明显变化的显著同位素效应，该工作在《自然》发表后，《自然·中国》对其做了亮点跟踪报道：“他们发现铁的同位素取代导致超导温度和自旋密度波温度的增加，表明电子-声子作用在超导机制中起作用。此外，自旋密度波温度变化的惊奇发现表明磁子也是重要的”。
3）率先采用自助溶剂法生长了铁基122体系的高质量大单晶，并研究了本征的各向异性输运和磁性质。首次发现在自旋密度波相变温度之上磁化率具有线性温度依赖行为，该行为被证明是铁基超导体的基本特征之一并有助于对超导机理的理解。《亚洲材料》对其做了亮点报道：“陈仙辉首次在多晶铁基化合物中证实了其是真正的高温超导体，现在陈和他的同事又成功地生长了毫米尺寸的高纯高质量晶体。尽管BaFe2As2需要掺杂（如钾）才超导，但成功生长该晶体是生长大块超导单晶重要的第一步，这将有利于开展广泛的实验研究”。随后，陈仙辉小组还系统地研究了122体系的电输运的面内各向异性，发现各向异性对电子和空穴掺杂的不同依赖关系。这一发现有助于进一步理解铁基超导体中电输运各向异性的形成机制。
4）通过采用低温水热合成法，发现一种新的铁硒高温超导体（（Li0.8Fe0.2）OHFeSe），超导温度达到43K，并通过结合X射线衍射，中子散射和核磁共振三种技术手段精确地确定了该新材料的晶体结构，同时比热、磁化率和核磁共振数据表明该新超导材料在低温~8.5 K存在反铁磁序，并与超导电性共存。相比于之前发现的其它铁硒高温超导体，该材料具有很好的化学稳定性，给相关超导机理研究提供了很好的材料基础。
由于在铁基高温超导研究领域中做出的突出贡献，陈仙辉与中科院物理所的合作者共同获得2013年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，目前已经空缺3年。
二、其它新型超导体的发现和关联电子物理的研究
1）1993年提出了通过改变铜氧面层间距来观察铜氧面层间耦合对超导电性影响的思想，发现了Bi-12n2体系的新超导体，通过系统地改变n来调控铜氧面的层间距， 使Tc从68K降到20K，给出了铜氧面层间耦合对超导电性影响的直接证据。《先进材料》的综述论文评价“Bi-1232（n＝3）超导体Tc=20K，铜氧面的类钙钛矿单元被萤石结构分隔；Bi-1212表现68K的高转变温度”。
2）1995年发现了Tc为8K的磁性离子钐掺杂的C60超导体Sm2.75C60。这是八个单一元素掺杂C60超导体之一。此外，发现了一系列C60新化合物和第一个结构稳定的C70化合物Sm3C70，并在C60的超导电性、电-声子耦合和电子关联等方面获得系列成果。
3）2011年发现了碱金属掺菲（具有三个苯环的稠环芳香烃）的新型有机超导体，实现了Tc=5K的超导电性，并通过施加1万个大气压的压力使超导转变温度提高20%。《日本物理学会会志》关于有机超导体的综述论文评述：“在二萘品苯中观察到超导电性之后，相似的菲中掺杂钾也观察到超导电性，这表明一个崭新的有机超导体家族的诞生”。
4）通过角度依赖的磁阻研究，成功地确定了三角格子NaxCoO2在电荷有序区间中弱磁矩的磁结构，并且给出了磁结构随Na含量演化的相图, 证明了巡游电子和局域磁矩之间存在强的相互作用。
5）首次在强关联电子材料中发现非传统的成核过程，这种反常的成核过程起源于多种相互作用的竞争，并导致“物理时效”现象，其电阻率随时间变化有4个数量级的改变，该行为具有重要的潜在应用。
6）发现了一系列新结构的钛基材料BaTi2As2O等，这些材料具有铜基高温超导体的晶体结构和铁基高温超导体的母体性质，成为了一类新超导体的母体。这些工作促使日本和美国科学家用Sb取代As及通过掺杂实现了超导电性。
三、实现二维黑磷场效应晶体管
2014年，陈仙辉与其合作者成功制备出了基于具有能隙的二维黑磷单晶（phosphorene）的场效应晶体管。单层原子厚度的石墨烯的发现标志着二维晶体成为了一类可能影响人类未来电子技术的材料。然而二维石墨烯的电子结构中不具备能隙，从而在电子学应用中不能实现电流的“开”和“关”，这就弱化了其取代计算机电路中半导体开关的用途。二维黑磷单晶场效应晶体管的出现弥补了石墨烯的这一缺陷。随后的实验表明该效应晶体管具有极高的应用潜力，可以成为将来纳米电子和光电应用中的一个重要材料基础。相关工作得到国际学术界广泛关注，《自然·纳米技术》杂志发表了题为Phosphorus joins the family 的评论文章，对本工作进行了专题评论：“在Nature Nanotechnology 文章中，陈仙辉，张远波以及他们的同事把黑磷 - 一种已经发现100年的稳定元素磷形式 - 带回到人们的焦点。复旦大学和中国科学技术大学的研究团队成功制备了微米尺寸的半导体黑磷薄片。这些黑磷薄片只有几个纳米厚，可以被用来制备场效应晶体管”。《自然》杂志也发表了题为Phosphorene excites materials scientists 的评论文章，对包括本工作在内的两篇二维黑磷场效应晶体管工作进行了亮点介绍：“来自美国和中国的研究小组报道了一个可以拥有类似石墨烯性质且具有能隙的候选材料：磷烯，一种只有原子级厚度的元素磷的层状结构，它具有天然的能隙”。
陈仙辉目前一直活跃在国际超导研究前沿，已在国际重要学术会议上做特邀报告五十余次。陈仙辉教授由于多年来在超导材料领域的杰出贡献，在2015年8月24日瑞士日内瓦举行的国际高温超导大会（每三年举办一次）上与中科院物理所的赵忠贤院士以及美国超导材料专家Zachary Fisk 教授一起荣获了Bernd T. Matthias 奖，该奖主要奖励在超导材料领域取得的重大创新成果。此次获奖，也是国内科学家首次获得该领域的国际重要奖项，表明陈仙辉教授在高温超导领域的研究已经处于世界领先水平。作为一名无党派人士，陈仙辉教授一直坚定拥护党的领导并坚决贯彻党的基本路线、方针、政策，热心社会服务工作，担任过Solid State Communications Editor 、Science China Materials Associate Editor 、《科学通报》编委、《物理》编委、《物理学进展》编委、中国物理学会低温物理专业委员会副主任、中科院物理所超导国家重点实验室学术委员会委员等学术职位，积极履职尽责，并严于律己，真正做到了廉洁自律。
