“室溫超導(dǎo)”新突破，新的能源革命要來了？

前言

繼核聚變、ChatGPT之后，[室溫超導(dǎo)]領(lǐng)域迎來新的技術(shù)突破。

一旦常溫超導(dǎo)體技術(shù)成熟應(yīng)用，一個高效率機(jī)器、超靈敏儀器和革命性電子產(chǎn)品的新技術(shù)時代即將到來，屆時或?qū)⒁l(fā)一場新的能源革命。

作者|方文三

圖片來源|網(wǎng)絡(luò)

“室溫超導(dǎo)”最新研究成果

據(jù)美國物理學(xué)會（APS）網(wǎng)站顯示，美國羅切斯特大學(xué)助理教授、哈佛大學(xué)物理系研究員、凝聚態(tài)物理學(xué)家迪亞茲在當(dāng)?shù)貢r間3月7日舉行的[靜態(tài)超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)]報告會議上公布了一份最新研究成果

迪亞茲團(tuán)隊(duì)通過實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)造出了一種在室溫和相對較低壓力的可在實(shí)際條件下工作的[超導(dǎo)體]。

該超導(dǎo)體由氫、氮和镥（Lu-N-H）三種金屬元素材料混合、放置在[金剛石壓砧]裝置中加壓，在約21℃溫度下、以及1萬個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的壓力下進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)，失去了對電流的阻力，從而實(shí)現(xiàn)這種新型超導(dǎo)體在室溫環(huán)境中應(yīng)用的可能。

同時，3月9日凌晨，該研究成果發(fā)表在英國《自然》雜志上，題目為《N摻雜氫化镥中近環(huán)境超導(dǎo)性的證據(jù)》。

這意味著，未來在常規(guī)條件下，這種[超導(dǎo)體]有望應(yīng)用于飛行器、量子計(jì)算機(jī)、磁懸浮交通、超導(dǎo)醫(yī)療、核聚變反應(yīng)堆[磁封閉體]、超導(dǎo)重力模擬等諸多場景中。

人類向著長久以來希望創(chuàng)造出具有最優(yōu)效率電力系統(tǒng)的目標(biāo)又邁近了一步。

超導(dǎo)體需要具備的特征

①超導(dǎo)體具有絕對零電阻。溫度下降到某臨界溫度時，超導(dǎo)材料的電阻為零，是無損耗的導(dǎo)電材料。

②超導(dǎo)體具有完全抗磁性。此時磁力線會被完全排斥到超導(dǎo)體之外，超導(dǎo)體內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度亦為零。

③超導(dǎo)材料只有滿足小于臨界溫度、臨界磁場、臨界電流強(qiáng)度等條件，才可以穩(wěn)定處于超導(dǎo)狀態(tài)，突破其中任何一個臨界參數(shù)，絕對零電阻或完全抗磁性就會消失。

“室溫超導(dǎo)”為何具有革命性

超導(dǎo)材料因其絕對零電阻和完美抗磁特性等性質(zhì)，幾乎在所有電和磁相關(guān)的領(lǐng)域都有巨大應(yīng)用價值。

比如，現(xiàn)階段使用的特高壓輸電技術(shù)，通過提高輸電線電壓，盡可能降低能量損耗。

中科院物理研究所研究員羅會仟對《中國新聞周刊》指出如果使用超導(dǎo)輸電，可以把目前高壓交流輸電技術(shù)中15％左右的損耗降低到1％以下。

室溫超導(dǎo)為何仍被寄予是因?yàn)楸M管超導(dǎo)材料展現(xiàn)了其在能源、交通等領(lǐng)域的廣闊前景，但低溫卻限制了它的應(yīng)用。

所謂高溫超導(dǎo)材料，并不是人們想象的比如100℃或者200℃。如果在40K以下，約-233.15℃下才能達(dá)到超導(dǎo)狀態(tài)，且一般要在液氦制冷系統(tǒng)下工作的超導(dǎo)體，叫做低溫超導(dǎo)；

相比下，如果能夠在40K以上出現(xiàn)超導(dǎo)電性，就被稱為高溫超導(dǎo)，許多高溫超導(dǎo)體甚至能超過液氮沸點(diǎn)（約-196℃）。

超導(dǎo)體對人們生產(chǎn)生活的意義重大

應(yīng)用電子技術(shù)都基于有電阻的電路，大量能源因普通導(dǎo)體存在電阻而轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃堪装讚p耗。

而實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)有望使電能極少轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?，從而提升?dǎo)體和裝置的效率，極大地推動現(xiàn)有電子技術(shù)的發(fā)展，讓更多精細(xì)電子元件可以應(yīng)用到人類生活中。

中科院物理研究所羅會仟在一篇文章中提到:超導(dǎo)輸電可以節(jié)約目前高壓交流輸電技術(shù)中15%左右的損耗，超導(dǎo)變壓器、發(fā)電機(jī)、電動機(jī)、限流器以及儲能系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)高效的電網(wǎng)和電機(jī)。

利用超導(dǎo)線圈制作的超導(dǎo)磁體具有體積輕小、磁場高、均勻性好、耗能低等優(yōu)勢，是高分辨核磁共振成像、基礎(chǔ)科學(xué)研究、人工可控核聚變等關(guān)鍵技術(shù)的核心。

按照材料的電阻率隨溫度變化行為不同，可以分為絕緣體、半導(dǎo)體和導(dǎo)體。

超導(dǎo)材料則是在一定的低溫條件下，電阻完全為零及具有完全抗磁性（排斥磁力線）的材料。

抱有希望，但疑慮依然存在

盡管真正實(shí)現(xiàn)[室溫超導(dǎo)]還需要科學(xué)家們繼續(xù)探索，然而超導(dǎo)材料的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，如醫(yī)療設(shè)備、電力能源、交通運(yùn)輸、機(jī)械工程、高能物理、電子通信等領(lǐng)域。

由超導(dǎo)線圈制作的磁懸浮構(gòu)件，可以產(chǎn)生比傳統(tǒng)磁懸浮構(gòu)件大得多的懸浮力。

超導(dǎo)磁體還可應(yīng)用于電機(jī)、高能粒子加速器、受控?zé)岷朔磻?yīng)、儲能等；利用其完全抗磁性還可制作無摩擦的陀螺儀和軸承。

不僅如此，在弱電方面，超導(dǎo)體還可以用于量子計(jì)算、微波通訊、單光子探測、太赫茲探測等多個領(lǐng)域。

《華爾街日報》稱，如果這種超導(dǎo)材料的突破可以商用，可能意味著更持久的電池、更高效的電網(wǎng)和更快的高速列車，以及更好、更便宜的磁鐵用于未來的核聚變反應(yīng)堆。

目前，盡管外界對于這一實(shí)驗(yàn)感到震驚，但鑒于迪亞茲此前的爭議，業(yè)內(nèi)更多處于觀望情緒。

羅會仟在中科院物理所直播中表示，這次研究的大約1萬大氣壓比曾經(jīng)的200GPa低很多，實(shí)驗(yàn)很可能會實(shí)現(xiàn)復(fù)用。

比如，以前很少有做比熱測量來驗(yàn)證超導(dǎo)轉(zhuǎn)變，就是因?yàn)閴簭?qiáng)過高不容易做，而這次的1GPa就使得比熱測量成為可能。

研究學(xué)者季燕江認(rèn)為盡管完全抗磁性測量（邁斯納效應(yīng)）在實(shí)驗(yàn)上很困難，但說迪亞茲故意造假，他認(rèn)為還缺乏證據(jù)。

結(jié)尾

對于[室溫超導(dǎo)]圣杯這次是否要大結(jié)局，更多人認(rèn)為還需讓[子彈]多飛一會。

原文標(biāo)題:AI芯天下丨分析丨“室溫超導(dǎo)”新突破，新的能源革命要來了？