最近,一條有關(guān)“室溫超導(dǎo)”的消息震驚了物理學(xué)界!笆覝爻瑢(dǎo)”這樣一個(gè)極具學(xué)術(shù)性意味的詞匯還一舉登上微博熱搜。
據(jù)了解,是美國(guó)拉斯維加斯羅徹斯特大學(xué)的物理學(xué)家RangaDias及其團(tuán)隊(duì)在美國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)議上宣布,他們找到了一種新的材料,名為三元镥氮?dú)潴w系,實(shí)現(xiàn)了“室溫超導(dǎo)”
很少有科學(xué)發(fā)現(xiàn)能像在室溫、相對(duì)溫和的壓力下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)性的材料那樣徹底地改變?nèi)祟?lèi)科技。在能源和環(huán)境問(wèn)題日漸突出的當(dāng)今世界,超導(dǎo)對(duì)能源、交通、信息產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生巨大的推動(dòng)作用,說(shuō)是掀起新一輪的工業(yè)革命也不為過(guò),這也是為什么發(fā)現(xiàn)室溫超導(dǎo)這么激動(dòng)。
什么是“室溫超導(dǎo)”?
超導(dǎo)材料,也叫超導(dǎo)體,是指在一定條件下呈現(xiàn)超導(dǎo)電性的材料,超導(dǎo)材料不僅具有零電阻的特性,還完全抗磁性,使得其在傳輸電流的過(guò)程中幾乎不發(fā)熱、幾乎不損耗能量。而一般常規(guī)材料,在導(dǎo)電過(guò)程中都會(huì)消耗大量能量。
科學(xué)家們?cè)缭谝粋(gè)多世紀(jì)以前就發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)材料的存在,目前,已發(fā)現(xiàn)有20多種元素和幾千種合金和化合物可以成為超導(dǎo)體。
但很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi),能夠?qū)崿F(xiàn)超導(dǎo)的材料一直需要在非常低溫的條件下才能達(dá)成,應(yīng)用相對(duì)較窄,而此次引起熱議的“室溫超導(dǎo)”意味著超導(dǎo)材料能夠不需要嚴(yán)苛的條件,在室溫下實(shí)現(xiàn)零電阻通電,如果能夠真正實(shí)現(xiàn),將會(huì)極大降低超導(dǎo)材料的維護(hù)成本,使超導(dǎo)體能夠被廣泛應(yīng)用,對(duì)人類(lèi)的生產(chǎn)和生活都產(chǎn)生巨大的影響。
超導(dǎo)有哪些應(yīng)用?
盡管超導(dǎo)材料有成千上萬(wàn)種,但真正實(shí)用化的超導(dǎo)材料并不多,主要分為低溫超導(dǎo)、高溫超導(dǎo)。
早期,超導(dǎo)體被廣泛使用在強(qiáng)磁體、超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)、高靈敏探測(cè)器等諸多重要領(lǐng)域。如今,超導(dǎo)已經(jīng)走進(jìn)我們的生活,如高溫超導(dǎo)濾波器已被應(yīng)用于手機(jī)和衛(wèi)星通訊,并明顯改善了通信質(zhì)量;超導(dǎo)量子干涉器件(SQUID)裝備在醫(yī)療設(shè)備上使用,則加強(qiáng)了對(duì)人體心腦探測(cè)檢查的精確度和靈敏度;世界上首個(gè)超導(dǎo)示范變電站也已在我國(guó)投入電網(wǎng)使用。
超導(dǎo)材料阻抗性能好,利用超導(dǎo)體替換常規(guī)金屬做微波器件,具有信噪比高、帶邊抑制明顯、帶寬控制靈活等多個(gè)優(yōu)勢(shì)。也許您使用的智能手機(jī),其通訊基站就用到了超導(dǎo)濾波器,這些高性能微波器件同樣在軍事設(shè)備、衛(wèi)星通訊、航空航天等領(lǐng)域大有所用。
我國(guó)超導(dǎo)研究怎么樣
中國(guó)在超導(dǎo)的一些研究方向上,目前已經(jīng)做到了世界領(lǐng)先水平。2008年,中國(guó)在高溫超導(dǎo)領(lǐng)域有了重大突破。趙忠賢院士帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)將鐵基超導(dǎo)體的臨界溫度提高到了55K,推動(dòng)中國(guó)高溫超導(dǎo)研究走在世界最前沿。
鐵基超導(dǎo)出現(xiàn)后,中國(guó)科學(xué)家實(shí)現(xiàn)了快速趕超。自此,很多新的鐵基超導(dǎo)材料、包括超導(dǎo)機(jī)理方面的物性研究,均由中國(guó)科學(xué)家率先開(kāi)展。直至今日,中國(guó)在超導(dǎo)基礎(chǔ)研究領(lǐng)域,即材料和機(jī)理方面,都處在全球前列。
在應(yīng)用方面,中國(guó)科學(xué)家做出了全球第一根百米級(jí)鐵基超導(dǎo)的線材,走向了實(shí)用化道路。但一個(gè)材料從發(fā)現(xiàn)到應(yīng)用,還需要很長(zhǎng)的路要走。
從商業(yè)應(yīng)用看,近幾年民營(yíng)資本投向高溫超導(dǎo)帶材應(yīng)用領(lǐng)域,瞄準(zhǔn)強(qiáng)磁場(chǎng)、可控核聚變、磁懸浮列車(chē)等。但商業(yè)化路途中還有很多根本問(wèn)題需要克服,大規(guī)模應(yīng)用還存在一定的瓶頸,特別是室溫超導(dǎo)剛剛出現(xiàn),即使被證實(shí),商業(yè)化道路還是很漫長(zhǎng)。
德高行知情郎認(rèn)為任何科學(xué)研究都應(yīng)該經(jīng)得起驗(yàn)證,室溫超導(dǎo)也不例外,這項(xiàng)工作勢(shì)必要經(jīng)過(guò)各個(gè)研究組的重復(fù)。如果經(jīng)過(guò)多次重復(fù)之后,確定該結(jié)果的正確性,那將是劃時(shí)代的工作。
德高行·知情郎 |