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零电阻不再是梦：复旦团队新型高温超导体研究，点亮未来技术之光！ .

文章来源：贤集网更新时间：2024-07-19 15:25:37

超导，这一神秘而令人着迷的现象，自被发现以来，一直是科学界的焦点。它具有巨大的应用潜力，能广泛应用于电力传输和储能、医学成像、磁悬浮列车、量子计算等众多领域。寻找新型高温超导体，成为科学界孜孜以求的目标。而在这一征程上，复旦大学物理学系赵俊教授团队取得了重大突破，他们的研究成果于北京时间 7 月 17 日晚发表在最新一期的《自然》（Nature）杂志上，为超导研究开辟了新的天地。

超导现象的魅力与挑战

超导体指的是在特定转变温度之下电阻为零且呈现完全抗磁性的材料。自 1911 年首次在汞中观察到超导现象以来，它便展现出了巨大的吸引力。众多科学家因其研究荣获诺贝尔奖，足以证明超导领域的重要性。然而，高温超导现象的核心机制至今仍是一个未解之谜。

1986 年，贝德诺尔茨和米勒在镧钡铜氧化物中发现的高温超导现象，将超导研究推向了一个新高潮。尽管随后的数十年里科学家们取得了一定进展，但高温超导的完整理论框架仍未构建完成。

复旦团队的创新之路

赵俊教授团队不畏挑战，利用高压光学浮区技术成功生长了三层镍氧化物 La4Ni3O10 高质量单晶样品。这一成果的取得并非偶然，而是团队长期努力和创新的结果。

在实验过程中，他们面临着诸多困难。镍氧化物中实现超导的条件极为严苛，需要精确的控制和精湛的技术。然而，团队凭借着不懈的努力和专业的知识，成功克服了这些难题。

他们所合成的 La4Ni3O10 单晶在特定条件下表现出了令人振奋的特性：零电阻和完全抗磁性。通过对样品的电阻和磁化率测量，结果清晰地显示了其超导行为（如图所示）。超导体积分数达到了 86%，这一数据与铜氧化物高温超导体接近，毫无疑问地证实了镍氧化物的体超导电性。

新型高温超导体的独特性质

研究还发现，该类材料呈现出奇异金属和独特的层间耦合行为。这些独特性质为人们理解高温超导机理提供了新的视角和平台。

奇异金属特性的发现，使得原本复杂的超导现象更加引人入胜。而独特的层间耦合行为，则为深入探究超导机制提供了新的线索。这意味着，对于超导的研究不再局限于单一的维度，而是可以从更多的角度去剖析和理解。

成果的意义与影响

这一发现具有深远的意义和广泛的影响。首先，它为高温超导机理的研究打开了新的视野。长期以来，高温超导的谜团一直困扰着科学界，而新型高温超导体的出现，为破解这一谜团提供了新的可能性。

在实际应用方面，这一成果也为开发更高效、更高温的超导体带来了新的希望。超导材料在能源、交通、医疗等领域的应用前景广阔，如果能够进一步提高超导材料的性能，将极大地推动这些领域的发展。

此外，对于材料科学领域而言，这是一次重要的突破。它证明了镍氧化物在超导领域的潜力，为未来材料的设计和研发提供了新的思路和方向。

高温超导材料在实际生活中有哪些应用场景？

超导电缆：能有效降低输电过程中的电能损耗。当超导体材料冷却到临界温度以下时电阻会突然完全消失，利用这一特性制成的电缆可在低温环境中传输强大电流。相比传统电缆，即使算上制冷系统的耗电，其运行总损耗也能大幅下降。例如，2021年12月世界首套全商业化运行35千伏公里级超导电缆示范工程开始为上海徐家汇商圈的近5万户用户供电；2023年11月国内首条高温超导低压直流电缆在江苏苏州并网投运。然而，仅靠超导电缆还无法实现超导送电，还需解决电缆终端处的变温应力导致连接断裂等问题，这涉及高压、绝缘、低温、绝热、材料等多项技术难关。

超导单晶硅生长炉：在单晶硅生产的直拉法中，于坩埚外施加适当分布的磁场可抑制硅熔体的热对流，减少杂质进入熔体，从而提高晶体品质。而超导体能产生比永磁体和普通电磁铁更高的磁场且能耗更低，解决高温坩埚和超低温超导线圈之间的隔热问题后，就可制造出超导单晶硅生长炉，满足集成电路对硅单晶材料“大尺寸、高品质”的要求。

可控核聚变：目前主流的托克马克装置多采用铜或低温超导磁体，其磁场强度易触及上限，导致装置体积大、造价昂贵。高温超导材料产业化的持续推进，突破了低温超导磁体场强上限，为托克马克装置的小型化提供了支持，进而推动紧凑型托克马克装置的发展，同时带动高温超导带材的放量。例如，我国交付全球最大“人造太阳”（ITER）项目最后一批磁体支撑产品，新一代人造太阳“中国环流器三号”首次实现100万安培等离子体电流下的高约束运行等。

超导感应加热：利用超导材料的特性，在金属热加工领域实现更高效的加热过程。

磁悬浮：超导体的完全抗磁性可应用于磁悬浮列车，使列车实现稳定悬浮和高速运行。

超导电机：具有体积小、效率高、能耗低等优点。

超导磁共振成像（MRI）：用于医疗领域，可提供更清晰的图像，帮助医生进行疾病诊断。

超导量子计算机：助力提升计算机的运行速度和处理能力。

超导限流器：可有效限制电网中的故障电流，提高电网的稳定性和安全性。

电网：在电网中应用超导技术，有助于提高电力系统的整体效率和可靠性。

通信行业：高温超导微波器件可应用于通信领域，提升信号传输质量和速度。

随着高温超导技术的不断发展和成本的降低，其应用场景可能会进一步扩大，为众多领域带来更高效、更先进的解决方案。

六、未来展望

赵俊团队的工作并未止步于此。他们将继续聚焦该领域的重大问题，深入探究不同体系高温超导体的内在联系和机理，寻求更高性能的高温超导体。

未来的研究可能会集中在以下几个方面：进一步优化材料的制备工艺，提高超导性能；深入研究奇异金属和层间耦合行为与超导机制的关系；与其他科研团队合作，共同攻克高温超导的难题。

这一发现是超导研究领域的一个重要里程碑，但前方仍有许多未知等待着探索。然而，正是这种对未知的探索精神，推动着科学不断向前发展。相信在赵俊教授团队以及全球科学界的共同努力下，高温超导的神秘面纱将逐渐被揭开，为人类带来更多的科技进步和福祉。

总之，复旦大学物理学系团队发现的新型高温超导体，不仅是他们团队的骄傲，也是中国科学界的一项重大成果。它为超导领域注入了新的活力，激发了更多科学家投身于这一充满挑战和机遇的研究领域。我们期待着未来更多的突破和创新，见证超导技术为人类社会带来的深刻变革。

原文链接：https://www.xianjichina.com/special/detail_552760.html
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