美國常溫超導“新發現”引爆物理界,國內超導研究如何了?

“全世界範圍內,中國在超導基礎研究領域位於前列。”3月9日,中國科學院物理研究所研究員羅會仟在接受界面新聞等媒體線上採訪時表示。

3月9日,一則關於超導領域的研究引發全球關注。你是否試想過,存在一種能在常溫下電阻爲零、完全抗磁的超級導電體?

美國羅切斯特大學的物理學家蘭加·迪亞斯(Ranga Dias)宣佈,他們的團隊創造出能在室溫條件下實現超導的超導體。

該超導體由氫、氮和鑥(Lu-N-H)三種金屬元素材料混合。在放置在“金剛石壓砧”裝置中並加壓後,在約21℃溫度下、及1萬個標準大氣壓的壓力下進入超導狀態,電流不再具有阻力。

如果室溫超導研究成果屬實,人類將有望實現基本不發熱無阻礙的電力設備,並讓超導材料在生產生活中得到大規模應用。這將極大改變輸電模式,改變人類現實生活。

羅會仟對界面新聞表示,基於目前的高壓合成測量技術,室溫超導樣品產量非常低,且常壓下不一定穩定,室溫超導還不可能有大規模的應用。

“如果未來不需要高壓即可合成超導材料,即使溫度沒有真正到室溫,在接近室溫情況下,用途也將非常廣。”羅會仟稱。

超導體又稱超導材料,指在某一溫度下,電阻爲零的導體,擁有零電阻的、完全抗磁性等特徵。

早期,超導體被廣泛使用在強磁體、超導量子計算機、高靈敏探測器等諸多重要領域。如今,在儲能、磁懸浮列車、電力輸送、核磁共振等領域,表現出了廣闊的市場應用前景。

羅會仟對界面新聞表示,目前國內超導領域的研究,其中重要的一方面是對於新超導材料的探索,最早可追溯至1960-1970年代。

超導體根據實現溫度不同,可以分爲低溫超導材料和高溫超導材料。低溫超導材料通常需要藉助-269°C(4K)的液氦來實現20 K以下的環境,來實現超導電性。但由於氦氣是稀有氣體,液化技術也很難,極大地限制了低溫超導材料的應用,科學家始終在探索更高溫度的超導體。

高溫超導材料所需的溫度相對來說要高得多,通常可以達到-233°C(40 K)以上,甚至可以高達-100°C以上。

實用化低溫超導材料主要包括Nb、Nb-Ti、NbN、Nb3Sn等,高溫超導材料主要包括鑭鍶銅氧(LSCO)、釔鋇銅氧(YBCO)、鉍鍶鈣銅氧(BSCCO)等。

“中國科學家在超導領域一直較爲活躍。”羅會仟稱,1980年代,在瑞士科學家發現銅氧化物高溫超導現象後,在中科院物理所趙忠賢老師爲代表的團隊帶領下,很快發現了90 K(-183攝氏度)以上銅氧化物高溫超導現象。

釔鋇銅氧化合物的轉變溫度達到了92 K,打破了液氮77 K(-196攝氏度)的溫度堡壘。

此後,中國成立了超導國家重點實驗室。也因爲高溫超導的出現,相關科學家的研究不止侷限於高溫超導材料,大部分人也聚焦在了超導機理和超導應用領域。

羅會仟表示,中國在超導的一些研究方向上,目前已經做到了世界領先水平。

2008年,中國在高溫超導領域有了重大突破。趙忠賢院士帶領團隊將鐵基超導體的臨界溫度提高到了55K,推動中國高溫超導研究走在世界最前沿。

羅會仟稱,鐵基超導出現後,中國科學家實現了快速趕超。自此,很多新的鐵基超導材料、包括超導機理方面的物性研究,均由中國科學家率先開展。直至今日,中國在超導基礎研究領域,即材料和機理方面,都處在全球前列。

今年3月2日,據中國新聞網報道,電子科技大學物理學院喬樑教授團隊發現了無限層鎳氧化物超導體(鎳基超導)超導電性的關鍵性元素(H)和奇異電子態(間隙位s軌道),爲鎳基超導領域的發展開闢了嶄新的思路。

在應用方面,羅會仟稱,中國科學家做出了全球第一根百米級鐵基超導的線材,走向了實用化道路。但一個材料從發現到應用,還需要很長的路要走。

從商業應用看,近幾年民營資本投向高溫超導帶材應用領域,瞄準強磁場、可控核聚變、磁懸浮列車等。

但羅會仟同時強調,商業化路途中還有很多根本問題需要克服,大規模應用還存在一定的瓶頸,特別是室溫超導剛剛出現,即使被證實,商業化道路還是很漫長。

受此消息刺激,A股超導概念股表現活躍。截至9日收盤,永鼎股份(600105. SH)大漲10.02%,漲停;百利電氣(600468.SH) 上漲9.98%,漲停。此外,寶勝股份(600973.SH)漲超3%,中孚實業(600595.SH)、聯創光電(600363.SH)微漲。