什么是室温超导？

2023-08-03 08:36:42 来源：涨姿势

实现室温超导一直是科学家们的梦想，若能成功实现，将极大地拓展了超导技术的应用领域，引发一次科学和工业领域的革命也不为过，从能源传输到交通运输，再到医疗设备和科学研究等方面都将获益。

室温超导如果出现，其潜在影响体现在以下几个方面 :

(相关资料图)

1. 能源运输与储存

超导电流的传输效率远高于常规电缆，能够大幅度减少能源损耗。室温超导技术将实现更高效、可靠的电力系统，促进可再生能源的大规模应用，解决能源短缺和环境污染问题。

2. 交通运输

超导技术在磁悬浮列车、磁力推进飞行器等领域具有广泛应用前景。室温超导的出现将降低能耗、提高速度和稳定性，推动未来交通工具的创新和发展。

3. 医疗设备与科学研究

室温超导技术可以改进磁共振成像（MRI）设备，并推动生物科学、医学研究等领域的突破。它将加速治疗和诊断的发展，为人类健康作出重要贡献。

4. 信息技术与通信

超导材料在电子元件和计算机芯片等领域具有潜在应用。室温超导的出现将提高集成电路的速度和性能，加快信息技术的发展，推动数字化时代的进一步发展。

一、什么是超导材料

超导材料，是指具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。一般来说，按照材料的常温电阻率从大到小可以分为绝缘体、半导体和导体。绝大部分金属都是良导体，他们在室温下的电阻率非常小但不为零，在 10-12m Ω cm 量级附近。

当把某种材料降到某个特定温度以下的时候，电阻突降为零，同时所有外磁场磁力线被排出材料外，导致体内磁感应强度为零，即同时出现零电阻态和完全抗磁性。这种状态下，即为材料进入超导态，这种材料就是超导材料。

超导体的一系列神奇特性意味着我们可以在低温下稳定地利用超导体，比如实现无损耗输电、稳恒强磁场和高速磁悬浮车等。正因如此，自从超导发现以来，人们对超导材料的探索脚步一直不断向前，对超导微观机理和超导应用的研究热情也从未衰减。

二、超导材料的发展史

1911 年，Heike Kamer-Onnes 在温度 4.2K（-268.97 ℃）时用液氦冷却汞时发现汞的电阻为零，发现了超导电性规律。

1933 年，菲尔德和迈斯纳发现超导体冷却达到转变温度时，不仅电阻完全消失，还会出现抗磁性：磁感线从超导体中排出，不能通过超导体。

1973 年，科学家发现了保持了近十三年记录、超导转变温度为 32.4K（-249.92 ℃）的超导合金 —— 铌锗合金。

1986 年，美国贝尔实验室研究出了打破夜氢 40K 的温度障碍，临界温度为 40K（-235.15 ℃）的超导材料。

1987 年，美国华裔科学家朱经武和中国科学家赵忠贤陆续把钇 - 钡 - 铜 - 氧转变温度提高到了 90K（-185.15 ℃），从而发现了高温超导体材料，打破了液氮 77K 的 " 温度堡垒 "。

1988 年，日本实现了液氮温区超导体的理想，研发出了转变温度为 110K（-165.15 ℃）的超导材料 Bi-Sr-Cu-O，解决了困扰科学界多年的问题。超导热从高温超导材料被发现以后席卷全球。转变温度达零下 150.15 ℃的铊系化合物超导材料和转变温度达零下 140.15 ℃的汞系化合物超导材料相继被发现，高压条件下的汞转变温度能达到 " 恐怖 " 的 164K（-111.15 ℃）。

2007 年 2 月，日本东京工业大学细野秀雄教授和其合作者发现了转变温度为零下 251.15 ℃的氟掺杂镧氧铁砷化合物。

2008 年 3 月 25 日和 3 月 26 日，中国科技大学陈晓辉研究组和中国物理所研究组发现了突破麦克米兰极限温度，转变温度为零下 233.15 ℃的非传统超导材料。

在近 100 年的超导材料发展历史中，有 10 位科学家凭借杰出的研究获得了诺贝尔物理学奖。

目前发现的超导材料主要可以划分如下几大家族：金属和合金超导体、铜氧化物超导体、重费米子超导体、有机超导体、铁基超导体以及其他氧化物超导体。

三、我国超导材料的发展历程

中国的超导研究起步较晚，但经过数十年的潜心发展，已经成为国际上超导领域不可忽视的中坚力量。我国稀土资源储备丰富，具有得天独厚的发展超导线材的优势。

1951 年，中国低温物理研究所经钱三强等人提议，自洪朝生先生归国后得以建设，这是中国低温物理学的开端。在洪朝生先生的主持下，建立了各类低温研究所；设立中国科大低温物理专业，培养出一大批中国超导领域的佼佼者，如赵忠贤先生；制造、调试成功了氢液化器，为 " 两弹一星 " 事业奠定实验基础；制造、调试成功了制活塞膨胀式液化器，为后来中国超导研究创造了必要条件。

1960 年，管惟炎先生回国，在低温研究室开展超导体的相关研究，五年后，其课题组成功制得中国首个强磁场超导磁体，取得突破性进展。

70 年代末，中国超导领域发展初具规模，中外交流的开展使得国际经验共享日渐增多，以赵忠贤先生为代表的一大批有志之士出国进修，不断拓宽中国超导领域的国际视野。1986 年，自柏诺兹和缪勒实现 30K 的突破性进展后，一直坚信 " 结构不稳定性可以导致高临界温度 " 赵忠贤先生通过掺杂锶在 SrLaCuO 多相系统上实现 48.6K 的转变温度；朱经武和吴茂昆两位华裔科学家也通过类似的方式实现了 39K 的转变温度。此后，中国乃至全世界都开始了高温超导领域的研究热潮，中国数十所高校和研究所均开始投入高温超导研究工作。

四、超导材料的分类

超导材料分为低温超导材料和高温超导材料。

1. 低温超导材料

低温超导材料是具有低临界转变温度 ( Tc

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