最近，韩国科学家团队宣布合成了世界上第一个室温常压超导体，引发热议，众说纷纭。超导体，又称超导材料，指的是在某一温度下电阻为零的导体，能广泛应用于储能、磁悬浮列车、电力输送、核磁共振等领域。自人类发现超导现象以来，该领域已经产生了5个相关的诺贝尔奖。中国科学家也因超导领域的突破，两次获国家自然科学一等奖、一次获国家最高科学技术奖。

但是，超导材料的实现很不容易，比如需要超高压。有科普作家打过一个比方，有一种超导材料所需的超高压，近似于一只大象背起三四百只大象，再穿一只细高跟鞋，然后用细高跟鞋跺一下那种大小的力。现如今，研发新的可大规模应用的超导材料，成为全球科技竞逐的目标之际。

在超高压下实现36K超导体

36K超导体创纪录、镍氧化物超导材料新发现……中国科学家接连取得新突破

"我们在单质元素钪中发现了 36K 的超导转变温度。相比之前发现的元素超导体，超导转变温度有着大幅提升，刷新了元素超导体的超导转变温度记录。"中国科学技术大学教授应剑俊表示。即使放眼所有的超导体，也只有少数几类化合物超导体的超导转变温度能够超过 36K。相比化合物的计算，单质元素的计算要简单得多。正因此，寻找高超导转变温度的元素超导体，吸引了不少课题组的研究兴趣。而此次研究更是打破了元素超导转变温度的记录。凭借这一成果的先进性，由应剑俊担任第一作者的相关论文发表于 Physical Review Letters 上。

在单质元素钪中实现 36K 的超导体，需要 260GPa 的超高压，因此目前很难产生实际应用。但是此次工作表明，元素单质钪可以实现较高的超导转变温度。基于此，人们可以尝试在一些合金化合物或薄膜样品中，借助应力或化学压力达到高压之下单质钪的超导转变温度，如能实现则有希望带来一定的实际应用价值。

自荷兰科学家海克·卡末林·昂内斯（Heike Kamerlingh Onnes）于 20 世纪初，在元素单质汞中发现超导电性以来。凭借兼具零电阻和完全抗磁性的特点，超导吸引了人们广泛的关注。目前，超导材料已经得到广泛应用，例如可被用于无损耗的电传输和稳衡强磁场的产生。尽管人们研究超导已有 100 多年，但是超导材料尚未得到大规模应用，核心原因在于超导的工作条件极其严苛，必须在超低温度之下才能实现，这就需要昂贵的制冷设备来维持低温，导致其应用遭到极大的限制。

多年来，人们一直在寻找具备更高超导转变温度的超导体。单质元素是一种最简单的物理系统，这为人们提供了一个研究超导物理机制的理想平台。例如，最早的超导电性以及超导体中同位素效应，均是在单质元素中被发现的。但是，单质元素的超导转变温度普遍很低，在常压之下单质铌具有最高的超导转变温度，但是也只有 9.2K。后来人们发现通过施加压力，很多常压之下不能超导甚至是绝缘的元素单质，在压力之下会出现超导电性。同时，当对部分超导材料施加压力时，可以提高超导的转变温度。

目前，在常压或高压之下，已有 50 多种元素被发现具有超导电性。此前，超导转变温度最高的元素单质超导体是金属钛，其超导转变温度可以达到 26K。再后来，科学家发现很难实现具备高超导转变温度的超导体。例如，20K 以上的元素超导体有 2 种，15-20K 的元素超导体有 4 种，10-15K 的元素超导体有 6 种, 剩下 40 多种元素的超导转变温度都在 10K 以下。

全新液氮温区镍基高温超导体

36K超导体创纪录、镍氧化物超导材料新发现……中国科学家接连取得新突破

上世纪六七十年代，中国就开始超导研究。"863计划"诞生不久，超导就作为专项列入。"十五"期间，国家对"863"超导专项给予大力支持，当时的科技部投入经费约1亿元，加上社会各界的投入，课题总经费约4亿元左右。该专项取得了丰硕成果，其中一部分完全达到世界先进水平。

北京时间7月12日晚上11时，国际顶刊《自然》杂志（Nature）刊登中山大学王猛教授团队主导的科学成果：首次发现液氮温区镍氧化物超导体。这是中国科学家在全球率先发现的全新高温超导体系，是人类目前发现的第二种液氮温区非常规超导材料，被视作基础研究领域"从0到1"的突破。

此次发现的高温超导新材料叫La₃Ni₂O₇，研究团队花了长达两年多的时间，反复试验，才终于长出高质量La₃Ni₂O₇单晶样品。要知道自1986年铜氧化物超导电性被发现后，各国科学家经过长达近40年的研究，在镍基氧化物超导电性都没有实质性的进展。此次的重大突破，意味着为世界超导研究开辟了新领域，同时将引领超导研究的方向，并有望破解高温超导的机理，使设计和预测高温超导材料成为可能，从而实现更广泛的产业化应用。

在高温超导材料研发中，液氮温区（77开尔文，即-196℃）尤为特殊。因为，液氮相比其他材料更加廉价、易得。这就推动了铜氧化物高温超导材料在信息技术、生物医学、科学仪器、电力、交通运输等领域的应用。但是，铜氧化物至此仍是唯一液氮温区的非常规超导材料。"科学家在铜氧化物超导电性研此次，王猛团队首次发现在液氮温区超导的镍氧化物。据王猛教授介绍，镍氧化物的电子结构、磁性与铜氧化物完全不同。通过比较研究，将有可能确定高温超导的关键因素，推动科学家破解高温超导机理。

如果仔细留意中国超导研究进展，你还会发现很多新闻：比如，今年6月，中科大团队在世界物理学顶级刊物《物理评论快报》（Physical Review Letters）发表论文，创下元素超导体转变温度新纪录。2014年，吉林大学马琰铭团队预言在160 万个大气压下，硫化氢(H2S)可变为超导体，超导临界温度为80 K；吉大另一团队崔田研究组预言H2S-H2化合物在高压下可能实现191-204 K 的高温超导。究中掌握了很多实验现象和规律，然而与高温超导的因果关系无法确定。"清华大学教授张广铭说，高温超导的机理至今未知，成为近40年来物理学中最重要的科学问题之一。

此次，王猛团队首次发现在液氮温区超导的镍氧化物。据王猛教授介绍，镍氧化物的电子结构、磁性与铜氧化物完全不同。通过比较研究，将有可能确定高温超导的关键因素，推动科学家破解高温超导机理。

更多超导材料应用于生活

36K超导体创纪录、镍氧化物超导材料新发现……中国科学家接连取得新突破

近年来，国家层面有关超导的顶层设计、政策也是密集出台。2021年12月，工信部联合科技部、自然资源部发布的《"十四五"原材料工业发展规划》提出，实施前沿材料前瞻布局行动，支持科研单位联合企业，把握新材料技术与信息技术、纳米技术、智能技术等融合发展趋势，发展超导材料、智能仿生、增材制造材料等，推动新的主干材料体系化发展，强化应用领域的支持和引导。这被业界视为明确了超导材料在现代产业中的定位。

超导的重视，离不开其巨大的应用价值。例如在超导电缆领域，我国已实现落地应用。超导材料可使电力传输介质接近于零电阻，电能传输损耗趋近于零。一条35千伏超导电缆相当于传统220千伏电缆的输送容量，可以替代4至6条相同电压等级传统电缆，较以往可节省70%的地下管廊空间。在我国，据悉每年电力传输上的损失就高达上千亿度，若换成超导材料，节省的电能相当于新建数十个大型发电厂。

2004年，中国第一组超导电缆系统正式并网。我国成为继美国、丹麦之后，全球第三个将超导电缆投入电网运行的国家。2013年，国内首套30米、35千伏低温绝缘高温超导电缆挂网运行，标志着中国在实用低温绝缘高温超导电缆技术中获得突破。2021年12月，全球首条超公里级高温超导电缆商业化示范段在上海正式投运，标志着中国超导输电应用迈入全球领先行列……

2016年9月，在美、日、欧等国家的铁基超导线制备还处于米级水平之际，中科院电工研究所研究员马衍伟团队成功研制国际首根100米量级铁基超导长线。这是铁基超导材料从实验室研究走向产业化的新的里程碑。

在中国，超导为大众所熟知的要数磁悬浮列车。2002年12月31日，由中国铁建承建的世界首条磁浮运营线--上海磁浮列车示范运营线通车运营。2016年5月6日，中国首条自主设计、自主施工、自主制造的具备完全自主知识产权的中低速磁浮商业运营示范线--长沙磁浮快线开通。目前，国内还有北京地铁S1线、广东清远磁浮旅游专线、凤凰磁浮观光快线等多条已投运或在建的磁悬浮线。2021年1月，世界首台高温超导高速磁浮工程化样车在成都下线，设计时速620千米。

南京大学教授、长江学者特聘教授、美国物理学会会士闻海虎介绍说，目前超导材料实际上已经应用在很多产业了，比如核聚变研究的磁体、医院内核磁成像的磁体、高频滤波器、量子计算等方面，都有应用。

文章来源： DeepTech深科技，北京日报客户端，浙江日报