实现"室温超导"？让子弹再飞一会儿
闹乌龙还是摘下"圣杯"
视觉中国供图
本报记者 陈 曦 实习记者 沈 唯
超导材料除了零电阻性质、磁通钉扎性质，还有相位相干性质。这三个主要特性让超导体有很多非常奇特甚至是颠覆性的应用。目前超导材料已应用于医学、能源、交通等多个领域，发挥了不可替代的作用。
"这个结论应该是被证伪了。"南京大学超导物理和材料研究中心主任闻海虎团队在几乎复刻了美国罗切斯特大学教授迪亚斯研究的室温超导材料并完成测量以后，得出了与之完全不同的结论。除此之外，我国多个团队发表的相关实验结果也都给出了否定的结论。
3月初，迪亚斯在美国物理年会的一场报告中宣布，在1GPa（约1万个标准大气压）下，实现了294K（21℃）的室温超导。
是乌龙事件，还是迪亚斯团队确实摘下了"凝聚态物理学圣杯"？一切有待验证。但无论结果如何，都说明"室温超导"自带庞大"流量"，多年来，吸引着无数科学家在这一领域孜孜以求，躬耕不辍。
那么，"室温超导"究竟是什么？人类距离这个目标还有多远？
超导特性催生颠覆性应用
"众所周知，金、银、铜是非常好的导体材料，电阻都比较小，但是仍然存在电阻。"上海大学材料基因组工程研究院教授葛军饴介绍，超导材料是一类具有特殊电、磁特性的材料，它具有在某一临界温度下，表现出电阻突然消失且完全抗磁的特性。在理论上，超导材料导电时可以没有阻力、热损耗和衰减。
"超导材料除了零电阻性质、磁通钉扎性质，还有相位相干性质。这三个主要特性让超导体有很多非常奇特甚至是颠覆性的应用。"闻海虎介绍。
目前超导材料已应用于医学、能源、交通等多个领域，发挥了不可替代的作用。
葛军饴举例说，医院里广泛使用的核磁共振普遍需要产生特斯拉级别强磁场，该设备的分辨率与磁场的大小成正比，磁场越大越容易发现一些早期病变。而超导材料的磁通钉扎性质可以使其在强磁场下仍然保持零电阻特性，因此可以制备出非常强大的磁场。
在电网的运行中，为了降低传输中的损耗，往往需要用到超高压的输电方案。但建设超高压电网不仅需要较高的成本，还会对环境造成一定的破坏。而采用超导电缆输电，可以在几十千伏的电压下传输相同级别的电力。2021年12月，我国自主建设的首条公里级高温超导电缆并网运行，在超导电缆大规模应用的征途中迈出了重要的一步。
此外，超导在储能、磁悬浮等领域的应用也在快速发展中。全球最大的国际科研合作项目"国际热核聚变实验堆（ITER）计划"，有望解决人类对清洁能源的终极需求。ITER装置是一个能产生大规模核聚变反应的超导托卡马克装置，俗称"人造太阳"。近几年快速发展的量子计算的多条路径中，基于超导约瑟夫森结设计的量子计算机是目前公认最可能实现"量子霸权"的方案。
室温超导"圣杯"为何难摘
"目前只有在极低温度或超高压力下才能观察到超导性，这意味着实验中使用的超导材料无法投入到长期、常规的应用中，比如无损电力传输、超导磁悬浮高速列车和平价医疗影像设备。"南开大学电子信息与通信系副教授季鲁说。
从1911年荷兰科学家卡莫林发现超导现象以来，人类在探索超导材料的路上一直没有停下脚步。100多年来，在试图解释超导机理的同时，科学家一直在想办法提升超导材料的临界温度。
最先出现的是低温超导材料。闻海虎介绍，1986年之前，科学家发现的所有超导材料的最高临界温度是23.2K（-249.95℃）。低温超导材料以铌钛超导体、铌三锡化合物超导体这两类材料为代表，目前在工业界、医疗界、大科学装置等领域应用最为广泛。
就在人们对高温超导不抱太大希望的时候，1986年，瑞士的两位科学家在铜氧化物材料中发现了超导现象，并且很快合成了临界温度大于77K（-196℃）的超导材料钇钡铜氧。这类临界温度突破传统理论预言的麦克米兰极限40K（-233℃）的材料被称为高温超导体。
"需要说明的是，这里的'高温'也只是一个相对的概念。实际上，目前已经进入实用化阶段的高温超导体的临界温度仍然在零下100多摄氏度，远低于室温，需要液氮作为制冷剂运行。"葛军饴强调。
随后，人们相继发现了二硼化镁、铁基超导在内的多个新的超导体系，并尝试通过化学元素掺杂、离子液体调控、电荷转移等方法提高其超导转变温度。但迄今为止，常压下的超导临界温度的纪录仍然由铜氧化物超导体保持。
"尽管高温超导体突破了液氮温度，可以在液氮下使用，且成本很低。但其使用依旧受限。"季鲁补充说，制冷成本和高温超导材料的一些临界参数限制了高温超导的发展。
