超導研究領域取得一項重大進展。來自美國休斯頓大學物理系及得克薩斯超導中心的研究團隊,在環境壓力下實現了151開爾文(約零下122攝氏度)的超導轉變溫度,刷新了常壓下超導溫度的世界紀錄。這一突破有望推動超導技術在能源、醫療及科研等領域的實用化進程,相關研究成果發表在最新《美國國家科學院院刊》上。
超導是指材料在特定溫度下電阻完全消失、同時排斥磁力線的物理現象。自1911年發現以來,造出能夠在常壓、室溫環境下工作的超導體,一直是該領域的終極目標。因為大多數超導體需要極低溫環境(通常需用液氦冷卻)才能工作,這帶來了高昂的成本與複雜的技術門檻,嚴重限制了其大規模應用。而將超導轉變溫度提升至更容易實現的區間,是走向實際應用的關鍵一步。
此次團隊採用了一種名為“壓力淬火”的創新工藝。該方法的原理是,先對預選的材料樣本施加極高壓力,此過程能夠改變材料的微觀結構,從而顯著提升其超導轉變溫度。在維持高壓並降溫至特定狀態後,迅速將壓力完全釋放。通過這種快速“淬火”,材料在高壓下獲得的、更利於超導的亞穩態結構得以“鎖定”並保留下來,材料在恢復常壓後仍能在比原來高得多的溫度下保持超導特性。
憑藉這一方法,團隊將超導材料在常壓下的轉變溫度提升至151開爾文。此前的最高紀錄由一種基於汞的銅氧化物超導體(Hg1223)保持,其轉變溫度為133開爾文(約零下140攝氏度),該紀錄已維持了30餘年。
團隊表示,在電網中傳輸電力時,因電阻造成的損耗約佔發電總量的8%。若能利用在較高溫度下工作的超導材料製造輸電電纜,理論上可以完全消除這部分損耗,這意味着每年可節省數十億美元的經濟成本,並大幅減少能源浪費與相應的環境影響。除了電力傳輸,更實用的超導技術在核磁共振成像、粒子加速器、可控核聚變裝置以及超高速電子學等領域都具有革命性的應用潛力。
同時,在常壓下進行研究,使得科學家能更便捷地運用各種先進表徵儀器對材料進行深入分析,從而加速對超導機理的理解和新材料的開發。

實現室溫超導是凝聚態物理學的“終極目標”之一,但其實現過程,需要材料科學、化學、工程學及物理學等多個學科的科研人員通力合作。儘管此次成果距離約300開爾文(約27℃)的室溫超導這一最終目標仍有很大差距,但仍將極大地鼓舞整個學界。因為這不僅是一個新的紀錄,更為人們提供了明確的技術路徑和理論啟示——它證實了在非高壓環境下實現更高溫度超導是可行的,為廣泛的研究者有望利用常規實驗設備進行後續探索掃清了障礙。
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