强国观察室2024年10月11日日发布:我国科学家在高温超导领域取得新突破

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我国科学家牵头，在这一研究领域又有新突破！——在探索超导材料的领域，我国科学家持续发力。10月2日，国际权威学术期刊《自然》杂志在线发表了一项由我国科学家牵头的重大科研成果，该成果聚焦于镍基高温超导体研究，标志着我国在这一前沿科技领域取得了新的重大突破。

超导体，这一神秘且诱人的材料，是指在特定温度条件下电阻为零且表现出完全抗磁性的物质。它如同科幻中的“零电阻之路”，能够极大地降低电力传输中的能量损耗，从而引发能源利用方式的革命性变革。

而高温超导体，是指那些在相对较高的温度下（通常指液氮温度77K以上）仍能保持超导状态的材料。自上世纪80年代铜氧化物高温超导体的发现以来，科学家们已经陆续发现了7大类、超过200种不同的高温超导材料，其中最高的转变温度已达到了惊人的134K。这些材料因其独特的零电阻和完全抗磁性特性，在电力传输、储能、电子学以及高科技领域具有巨大的应用潜力。

目前，常用的高温超导体主要包括铜氧基超导体（如钇钡铜氧超导体、铋系超导体等）和铁基超导体等。这些材料已经在实际应用中展现出了其独特的优势，例如，钇钡铜氧超导体和铋系超导体已制成了高质量的超导电缆，而铊钡钙铜氧超导薄膜制成的装置则早已安装在移动电话的发射塔中，增加了容量，减少了断线和干扰。

紧接着，2024年10月2日，国际权威学术期刊《自然》杂志发表了一篇由中国科学院物理研究所等科研团队联合撰写的论文。该论文详细报道了科研人员在镍基高温超导体的研究中取得的重大进展。

科研人员利用国家“十二五”重大科技基础设施综合极端条件实验装置（SECUF），在镨（Pr）掺杂的双镍氧层钙钛矿材料（La2PrNi2O7）多晶样品中同时实现了高压下块体高温超导电性的两个关键实验证据：零电阻和完全抗磁性。这一发现澄清了双镍氧层钙钛矿材料中高温超导电性起源的争议，还揭示了微观结构无序对高温超导电性的不利影响，为镍基高温超导材料的进一步优化设计与合成提供了重要指导。

为什么科学家们对高温超导体如此着迷？原因在于其广泛的应用前景。一旦高温超导技术成熟，它将能够广泛应用于电力传输和储能、医学成像、磁悬浮列车、量子计算等多个领域，带来前所未有的技术革新和经济效益。

例如，在电力传输中，使用高温超导体可以大大减少能量损耗，提高能源利用效率；在医学成像中，高温超导体可以制造更强大的磁场，提高成像质量；而在磁悬浮列车和量子计算领域，高温超导体更是不可或缺的关键材料。

具体来说，它未来应用的潜在方面包括但不限于以下几个：

1.电力传输：超导电缆的应用能显著降低电能传输损耗，提高传输效率。一根直径仅有17.5厘米的超导电缆即可满足大型建筑的用电需求，这对于缓解电网压力、降低输电成本具有重要意义。

2.储能系统：超导储能装置可以实现高效、快速的能量存储和释放，对于提高能源利用率、保障能源安全具有重要作用。

3.电子学领域：超导计算机等设备可以利用超导体的独特性质实现更高速、更低功耗的计算，为信息技术的发展提供新的动力。

4.高科技领域：超导磁悬浮列车、超导核聚变反应堆等技术的研发也在不断推进，这些技术的应用将有望引领新一轮的科技革命。

对于科研人员来说，这一成果无疑是一个巨大的鼓舞。它不仅推动了镍基高温超导体的研究进程，还为后续的实验研究和理论探索提供了新的方向和思路。对于相关行业的企业而言，这一成果将为其产品的升级换代提供有力的技术支撑，有望带来可观的经济效益。

对于普通民众来说，虽然高温超导技术距离广泛应用还有一定的距离，但这一成果无疑为我们描绘了一个更加美好的未来。随着高温超导技术的不断发展和完善，我们有理由相信，在不久的将来，我们将能够享受到更加高效、环保、便捷的能源利用方式和生活方式。

此外， “研究结果表明，镍基高温超导电性起源于双镍氧层钙钛矿相。”中国科学院物理所的程金光研究员在接受采访时也表示， “这一工作对于镍基高温超导材料的进一步优化设计与合成具有重要指导作用，将推动镍基高温超导体的研究进程。”

值得一提的是，综合极端条件实验装置作为我国物质科学及相关领域的重要研究平台，其北京部分于2017年开始动工，2023年初全面投入试运行，目前已有20个实验站对国内外用户开放。这一设施的建成和运行，为我国科学家提供了先进的实验条件，也为国际科技合作和交流提供了重要平台。

综上，我国科学家在高温超导领域的这一突破，是科学研究上的重要里程碑，是科技进步和经济社会发展的重要推动力。随着超导技术的不断发展和完善，我们有理由相信，在未来的日子里，超导材料将以其独特的优势在更多领域绽放光彩。

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