20多年来，唯一已知的在远高于液氦温度下工作的超导体是几十种化合物——几乎全部基于铜。现在，科学家们发现了首批基于铁的高温超导体。这些新型材料可能有助于解开科学领域最大的谜团之一——高温超导体究竟是如何工作的。
在超导体中，电流可以完全无电阻地流动。几十年来，人们认为这种现象只发生在接近绝对零度的条件下。低温抑制了构成物质的原子振动，使电子能够克服彼此之间的自然排斥力。这种改变后的振动，称为声子，导致电子配对；配对后，它们可以在原子晶格中自由移动。
然而，从1986年开始，物理学家开始发现一种新型超导体，其工作温度远高于绝对零度，最高可达160开尔文（–113摄氏度）。这些材料被称为铜酸盐，通常由夹在其他物质之间的氧化铜层组成。铜酸盐的结构和高温干扰了驱动传统超导体的机制，导致物理学家试图提出新的解释。
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一项意外的发现现在迫使研究人员扩展他们对超导性的认识。东京工业大学的材料科学家细野秀雄和他的同事们原本希望改进透明氧化物半导体的性能，但最终却发现了首个铁基高温超导体。
这种化学名为LaOFeAs的晶体材料，将电子流动的铁和砷层堆叠在镧和氧的平面之间。用氟取代高达11%的氧改善了化合物的性能——它在26开尔文下变成了超导体，该团队在3月19日的《美国化学学会杂志》上报告说。其他研究小组的后续研究表明，用其他稀土元素（如铈、钐、钕和镨）取代LaOFeAs中的镧，可以得到在52开尔文下工作的超导体。
这些层状铁化合物中的高温超导性完全出乎研究人员的意料，他们认为铁的磁性会破坏电子的配对。也许，正如铜酸盐的情况似乎那样，电子是在自旋涨落——构成超导体的原子磁场中的扰动——的帮助下配对的。“这些铁基超导体可以为我们理解铜酸盐提供新的线索，”罗格斯大学物理学家克里斯蒂安·豪勒说。
另一方面，可能将铜酸盐电子结合在一起的自旋涨落可能不足以用于铁基材料。相反，轨道涨落——或原子周围电子位置的变化——也可能被证明至关重要，豪勒推测。本质上，在电子围绕原子旋转的方式方面，铁基材料比铜酸盐给予电子更大的自由度。
豪勒推测，轨道涨落也可能在其他非常规超导体中发挥重要作用，例如基于铀或钴的超导体，它们的工作温度更接近绝对零度。由于铁基超导体在更高的温度下工作，因此这些涨落可能更容易研究。
加州大学戴维斯分校的理论物理学家大卫·派恩斯评论说，除了阐明超导性的理论基础之外，这一发现“让我们不禁要问，是否还有其他我们尚未在意外的地方发现的高温超导体，以及这些超导体是否能在更高的温度下工作”，他同时也是复杂自适应物质研究所的创始主任。为了提高临界温度，实验不仅应侧重于替换其他元素，还应侧重于对化合物进行分层。豪勒认为，这应该像改善铜酸盐超导体一样改善它们。
基于铁也可能使这些物质更具商业吸引力。铜酸盐的脆性，作为陶瓷，它们非常易碎，长期以来阻碍了诸如超导输电线等应用。豪勒补充说，如果铁基材料比铜酸盐更易于处理和制造，“它们将变得非常重要”。