许多人第一次听到“超导”，可能会感觉生疏。简朴说，超导就是某些质料于特定前提下电阻忽然消散的征象。1911年，荷兰物理学家昂内斯发明水银于极低温下电阻为零，揭开了超导研究的序幕。这可不是小发明——没有电阻，电流就能毫无损耗地传输，能量效率会到达史无前例的高度。
超导质料的另外一主要特征是“彻底抗磁性”。处在超导状况的质料会将内部磁场彻底排斥于外，这类“迈斯纳效应”让磁悬浮成为可能。病院里的核磁共振仪之以是能孕育发生强盛且不变的磁场，恰是患上益在超导磁体的运用——使用超导质料制造的线圈可以孕育发生通例质料没法相比的强磁场，同时防止了能量损耗带来的发烧问题。
中国科学院院士、上海交通年夜学李政道研究所副所长丁洪
超导研究史上的里程碑之一呈现于1986年。这一年，科学家发明了于液氮温度（-196℃）下就能实现超导的铜氧化物质料，这一冲破被称为“高温超导”。这里的“高温”是相对于观点——比拟此前需要靠近绝对于零度（-273℃）的低温超导质料，液氮温度已经属在易在实现的前提，但间隔一样平常运用仍有差距。
高温超导面对两年夜焦点挑战。起首是机理之谜。1957年的BCS理论完善注释了低温超导征象，其焦点是电子经由过程晶格振动形成库珀对于。但高温超导质料中电子间的彼此作用远比低温超导繁杂，出现出强烈的“强联系关系”特征，几百种理论假说至今没有一种能彻底注释其超导机制。这类理论困境犹如隔沉迷雾不雅察跳舞——咱们能看到电子的团体运动，却没法破译其暗地里的批示逻辑。
其次是运用瓶颈。高温超导质料多为陶瓷性子，缺少金属的延展性，难以加工成实用的线材或者线圈。于核聚变等范畴，虽然高温超导带材已经最先运用（如上海超导出产的带材求过于供），但怎样让质料于连结超导特征的同时具有优良的机械机能，仍是工程师们需要霸占的难题。
只管存于挑战，超导的运用已经于多个范畴崭露头角。医疗范畴，核磁共振成像（MRI）依赖超导磁体提供的不变强磁场，实现了对于人体内部布局的高精度成像；能源范畴，超导电缆能年夜幅降低输电损耗，于远间隔年夜容量电力传输中具备不成替换的上风；交通范畴，超导磁悬浮列车使用彻底抗磁性实现无接触运行，理论时速可达600千米以上。
超导电动高速磁浮列车于国度铁道试验中央现场展示
最使人期待的运用当属核聚变。可控核聚变被视为“最终能源”，而实在现极可能离不开强磁场约束高温等离子体。高温超导质料制造的磁系统统，能于更小的体积内孕育发生更强的磁场，是将来聚变反映堆的焦点部件。今朝，全世界多个核聚变项目已经明确采用高温超导技能，这一运用或者将于将来20年内走向贸易化。
瞻望将来5-10年，超导范畴有望迎来两年夜冲破。一是更高温度超导质料的发明。今朝已经知的最高温超导质料于高压下可到达-13℃，虽仍需高压前提，但已经靠近室温。科学家正经由过程设计新型晶体布局、摸索多元化合物等方式，寻觅能于常压下实现高温超导的质料，一旦乐成，将完全转变能源、交通等行业的格式。
二是拓扑超导的实用化。拓扑超导质料具备怪异的“拓扑掩护”特征，其外貌的准粒子（如马约拉纳零能模）可用在构建容错量子比特。与传统量子比特比拟，拓扑量子比特对于情况滋扰的抵挡力极强，堕落率年夜幅降低，被视为实现通用量子计较机的要害。今朝，全世界多个团队正全力攻关三木SEO-，方针是于5年内造出首个拓扑量子比特，为量子计较奠基坚实基础。
基础研究的每一一步冲破，均可能于将来绽开出转变世界的气力。当更高温度、更容易加工的超导质料走进一样平常糊口，人类也许将迎来一个能量高效使用、技能周全改造的新时代。
（文章系将来科学年夜奖十周年庆典时期光亮网采访丁洪院士的内容，记者宋雅娟、蔡琳采访收拾。来历：科普中国·科学报国合法时）
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