電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李彎彎）近日，休斯頓大學（UH）發(fā)布博文，宣布與美國得克薩斯超導中心（TcSUH）的物理學家攜手，成功打破了保持30多年的133開爾文舊紀錄，創(chuàng)造了151開爾文（約-122℃）的常壓超導轉(zhuǎn)變溫度新世界紀錄。這一突破性進展標志著高溫超導體研究邁出了重要一步。

研究團隊通過創(chuàng)新的“壓力淬火”技術，將水銀化合物Hg-1223在接近絕對零度的環(huán)境下施加30萬倍大氣壓并迅速降壓，成功將其常壓超導臨界溫度提升了18開爾文，達到151開爾文（零下122°C），創(chuàng)下新紀錄。這一成果已于3月9日發(fā)表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上，自1911年超導現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)以來，這是所有已知常壓超導體中測得的最高溫度。

“壓力淬火”技術：突破高壓限制的關鍵

這一突破主要歸功于團隊引入的“壓力淬火”新技術。通常情況下，許多材料僅在極端高壓下才表現(xiàn)出優(yōu)異的超導性，這極大地限制了超導材料的實際應用。為了解決這一難題，研究人員首先對材料施加極高壓力以提升其超導性能，隨后在特定低溫下迅速卸除全部壓力。這種方法成功將高壓下產(chǎn)生的超導特性“鎖定”并保留下來，使材料在恢復常壓后依然保持穩(wěn)定。
提高超導臨界溫度一直是物理學界數(shù)十年的核心目標。此次休斯頓大學團隊將紀錄大幅提升了18開爾文（151-133開爾文），即從零下140攝氏度提升至零下122攝氏度。

論文第一作者Liangzi Deng表示，一旦材料能在常壓下工作，科學家就能利用常規(guī)標準儀器對其進行深入研究，從而大幅降低研發(fā)門檻并加速技術的商業(yè)化應用。盡管距離約300 K的室溫超導終極目標仍有約140攝氏度的差距，但該成果依然為未來的能源革命描繪了清晰藍圖。

論文通訊作者Ching-Wu Chu強調(diào)，目前電網(wǎng)在傳輸過程中會損耗約8%的電力，如果應用超導技術消除這些損耗，不僅能節(jié)省數(shù)十億美元，還能大幅降低環(huán)境影響。

超導現(xiàn)象：從發(fā)現(xiàn)到應用的歷史回顧

超導是指某些物質(zhì)在一定溫度和磁場條件下（一般為較低溫度和較小磁場）電阻降為零，同時表現(xiàn)出完全抗磁性的狀態(tài)。超導態(tài)具有一系列臨界參量，如臨界溫度Tc、臨界磁場Hc、臨界電流密度jc等。必須同時低于這三個臨界參量，超導態(tài)才能維持住。一旦材料的物理量超越臨界參量，超導態(tài)被破壞，變回不超導的正常態(tài)，此時恢復為有電阻態(tài)，磁通線也可以進入超導體內(nèi)部。

1911 年，荷蘭物理學家 H·卡末林·昂內(nèi)斯發(fā)現(xiàn)汞在溫度降至 4.2K 附近時，電阻小到超出儀器測量量程，他將汞的這種電阻消失狀態(tài)稱為超導態(tài)，此后許多其他金屬也被發(fā)現(xiàn)具有超導電性。

1933 年，德國物理學家邁斯納和奧森菲爾德發(fā)現(xiàn)超導體另一重要性質(zhì)——邁斯納效應。當金屬處于超導狀態(tài)，會把體內(nèi)磁場排擠出去，體內(nèi)磁感應強度為零。對錫塊實驗表明，降溫至 1.6K 變成超導態(tài)時，周圍磁場突變，磁力線被排斥到超導體外。邁斯納效應意義重大，意味著超導體具有 100%抗磁體積，零電阻和完全抗磁性是判斷物質(zhì)是否超導的獨立判據(jù)。

為了提升超導臨界溫度，使超導材料更具有規(guī)模實用化可能，人們開始了探索高溫超導材料的歷程。1911 年至 1986 年，超導臨界溫度從汞的 4.2K 提升至鈮三鍺的 23.22K。1986 年，瑞士和德國科學家柏諾茲和繆勒發(fā)現(xiàn)鋇 - 鑭 - 銅氧化物可實現(xiàn) 30 - 35K 的超導電性；1987 年初，中國科學家趙忠賢團隊和美國華裔科學家朱經(jīng)武團隊等獨立在鋇－釔－銅－氧體系將超導臨界溫度提高到 90K 以上，首次突破液氮“溫度壁壘”（77K）；1987 年底，鉈－鋇－鈣－銅－氧體系又將記錄提高到 125K；1993 年，汞－鋇－鈣－銅－氧體系把記錄提升至 133K，甚至可進一步升至 138K。高溫超導體取得了巨大突破，使超導技術走向大規(guī)模應用。

超導材料的特性與應用

超導材料廣泛存在于金屬/非金屬單質(zhì)、合金、金屬間化合物、過渡金屬氧化物、硫化物、硒化物，以及部分有機導體、石墨烯、C60結(jié)構(gòu)材料等等。目前發(fā)現(xiàn)的超導材料已達數(shù)萬種以上，但是絕大部分超導體臨界溫度都低于40 K。

超導材料具有絕對零電阻、完全抗磁性、磁通量子化、宏觀量子態(tài)等特殊物性，在強電流密度、高穩(wěn)態(tài)強磁場、高靈敏度探測、高保真通訊、高效數(shù)字計算和高穩(wěn)定性量子計算等多個方面，將給人類生活帶來深遠的影響。

超導電力：超導電纜具有零損耗、高能效優(yōu)勢，已在深圳平安大廈和上海徐匯區(qū)穩(wěn)定運行2年，未來在核心城市電網(wǎng)中作用重大。在數(shù)據(jù)中心等“耗電大戶”中，超導限流器、變壓器等設備可極大提高運行效率。將普通發(fā)電機銅繞組換成超導體繞組，能提升電流密度與磁場強度，具備發(fā)電容量大、體積小等優(yōu)勢。超導磁流體發(fā)電機也具有效率高、發(fā)電容量大、自身損耗小等優(yōu)點。

超導儲能：隨著電量需求不斷攀升，維持電網(wǎng)穩(wěn)定與電量可持續(xù)性需依賴儲能技術。超導閉環(huán)可實現(xiàn)超導儲能，因電流無衰減；基于超導塊材的飛輪儲能近年來也發(fā)展迅速。

超導磁體：傳統(tǒng)水冷磁體實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)強磁場消耗大、穩(wěn)定性待提升，而超導磁體體積小、場強高、均勻性好，5 - 32 T的超導磁體已在諸多科學設備廣泛應用。在生活中，超導磁體技術是可控熱核聚變的必備技術；超導感應加熱可提高金屬冶煉效率；超導磁選礦和污水處理有發(fā)展?jié)摿?；功能核磁共振成像儀對生活影響大，目前醫(yī)院1.5 T或3 T的核磁共振基本采用超導磁體。

超導磁懸?。撼瑢Т艖腋×熊囁俣瓤蛇_600公里/小時，預計2027年日本從名古屋到大阪的低溫超導磁懸浮線將商業(yè)運營。我國高溫超導磁懸浮技術不斷進步，西南交通大學和中車長客集團完成相關樣車研制，未來或考慮在低真空管道實現(xiàn)更高速運行。

超導弱磁探測：超導量子干涉儀擁有世界上最靈敏的磁性探測能力，僅受量子力學基本原理限制。它標定了電壓基準，是弱磁探礦和檢測的利器。未來醫(yī)療檢查或采用心磁圖、腦磁圖，助力癲癇等復雜疾病及時診斷。

超導弱電探測與通訊：超導技術對電的探測極為靈敏，可實現(xiàn)精密單光子探測、極高頻率諧振腔、高度保真濾波器和混頻器等。未來量子互聯(lián)網(wǎng)、空間站通訊、宇宙深空探測、暗物質(zhì)和暗能量研究等都將用到它。

超導數(shù)字計算：基于半導體技術的經(jīng)典計算機在性能和能耗上逼近瓶頸，超導數(shù)字計算基于超導電子元器件實現(xiàn)邏輯運算，效率遠高于半導體計算機，能耗卻極低，未來有望達到實用化。

超導量子計算：實現(xiàn)量子計算有多種途徑，目前超導量子計算發(fā)展勢頭最好、更新迭代最快。在特定數(shù)學或物理學問題上，量子計算有不可替代的優(yōu)勢。雖目前量子計算機價格高昂，但借助互聯(lián)網(wǎng)與量子計算云平臺，開發(fā)實用量子計算網(wǎng)絡完全可能。此外，一些超導材料或能實現(xiàn)拓撲量子計算，其無需特別低溫環(huán)境，對外界干擾不敏感，穩(wěn)定性好且成本可能更低。
超導材料憑借獨特特性，在電力、儲能、磁體、交通、探測、計算等多個領域展現(xiàn)出巨大應用潛力，隨著技術不斷進步，超導材料有望為人類生活帶來更多變革與驚喜。

寫在最后

休斯頓大學與美國得克薩斯超導中心的物理學家攜手，成功創(chuàng)造了151開爾文的常壓超導轉(zhuǎn)變溫度新世界紀錄，這一突破性進展標志著高溫超導體研究邁出了重要一步。通過創(chuàng)新的“壓力淬火”技術，研究團隊成功將高壓下產(chǎn)生的超導特性“鎖定”并保留下來，使材料在恢復常壓后依然保持穩(wěn)定。這一成果不僅為未來的能源革命描繪了清晰藍圖，也為超導技術的商業(yè)化應用奠定了堅實基礎。隨著超導技術的不斷發(fā)展和應用場景的擴展，我們有理由相信，超導技術將在未來給人類生活帶來深遠的影響。