室温超导体可以带我们进入未来

更新（2023 年 11 月 9 日）：本周，《自然》杂志应一些质疑电阻数据的合著者和其他物理学家的要求撤回了镥超导性研究。下面的故事重点介绍了实现室温超导性的挑战以及围绕镥声明的争议，现已更新以反映撤回。

未来，电线可能会穿过海底，毫不费力地将电力从一个大陆输送到另一个大陆。这些电缆将传输来自巨型风力涡轮机的电流或为悬浮高速列车的磁铁提供动力。

所有这些技术都依赖于物理学界长期追求的一个奇迹：超导性，这是一种增强的物理特性，可以使金属传输电流而不会损失任何电量。

但超导性只能在冰点温度下发挥作用，而对于大多数设备来说，这种温度太低了。为了使其更有用，科学家必须在常温下重现同样的条件。尽管物理学家自 1911 年以来就知道超导性，但他们仍然无法发现室温超导体，就像沙漠中的海市蜃楼一样。

什么是超导体？

所有金属都有一个点，称为“临界温度”。将金属冷却到该温度以下，电阻率几乎消失，使带电原子更容易通过。换句话说，通过超导导线闭合环路的电流可以永远循环。

如今，发电机和消费者之间有 8% 到 15% 的市电会浪费，因为标准电线的电阻会自然地将部分电能以热量的形式带走。超导电线可以消除所有这些浪费。

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还有另一个好处。当电流通过线圈时，会产生磁场；超导导线会增强这种磁性。目前，超导磁体已经为 MRI 机器提供动力，帮助粒子加速器引导其目标绕环运行，在聚变反应堆中塑造等离子体，并推动磁悬浮列车，例如日本正在建设中的中央新干线。

调高温度

虽然超导性是一种神奇的能力，但物理学却用低温警告削弱了它。大多数已知材料的临界温度仅略高于绝对零度（-459 华氏度）。例如，铝的临界温度为 -457 华氏度；汞的临界温度为 -452 华氏度；而延展性金属铌的临界温度则为温和的 -443 华氏度。将任何东西冷却到如此寒冷的温度都是繁琐且不切实际的。

科学家们通过用铜酸盐（一种含有铜和氧的陶瓷）等特殊材料进行测试，在有限的范围内实现了这一目标。1986 年，两名 IBM 研究人员发现了一种在 -396 华氏度下超导的铜酸盐，这一突破为他们赢得了诺贝尔物理学奖。很快，该领域的其他人将铜酸盐超导体的温度推到了 -321 华氏度以下，这是液氮的沸点——一种比他们原本需要的液氢或氦更容易获得的冷却剂。

“那真是一段激动人心的时光，”马里兰大学物理学家理查德·格林说。“当时人们都在想，‘好吧，我们也许能够达到室温。’”

如今，30 多年过去了，室温超导体的探索仍在继续。借助能够预测材料特性的算法，许多研究人员认为他们比以往任何时候都更接近目标。但他们的一些想法引起了争议。