要说物理学最大分支——凝聚态物理有什么激动人心的难题挑战，高温超导无论如何可算其一。今年2月，一支由国家最高科学技术奖获得者薛其坤院士领衔的中国科学家团队，宣布发现常压下镍氧化物的高温超导电性。这次，中国科学家的贡献，到底体现在哪里？让我们先从超导是什么讲起……

如何解除“低温封印”

想象一下，有一根神奇的电线，无论你输送多强的电流，它都不会发热、损耗能量。这听起来是不是有点像魔法？其实，这就是超导现象的写照。

时间回到百余年前的1911年，荷兰物理学家昂内斯在实验室里意外发现，当他把汞冷却到约-269.15℃时，电阻突然消失，这意味着电流在其中毫无阻碍，就像在光滑冰面上滑行一样。昂内斯将这种现象命名为“超导”。从此，人类开启对超导世界的探索。

超导现象刚被发现时，就像一处冰封的宝藏，虽然诱人，却难以触及。因为要让材料达到超导状态，必须将其冷却到极低的温度，这需要依赖昂贵且稀缺的液氦来实现。液氦制冷成本极高，使得超导技术后续几十年间难有突破。科学家实现的超导温度一直在-250℃以下徘徊，仿佛被看不见的魔咒封印。

直到1986年，两位欧洲科学家意外发现铜氧化物在相对“高温”下就能实现超导。这个温度虽然还很低，但已经可以用更便宜的液氮来制冷了。同年底，中国科学家赵忠贤带领团队合成一系列铜基超导材料，其中两个样品的超导转变温度成为当时世界上的最高纪录。铜氧化物超导体的发现，如同在寒冷的冰原上点燃了一把火，让超导技术打破“低温封印”进入生活有了希望。

在纳米尺度上“搭原子积木”

经过数十年探索，科学家相对熟悉的高温超导材料家族已经有了三位主要成员：铜基、铁基和镍基。铜基、铁基先前已实现常压下突破超导效果界标——“麦克米兰极限”。此次薛其坤院士团队的最新成果，让镍基材料追上两位前辈，同样冲破“麦克米兰极限”。

近年来，镍基超导已成为超导研究“兵家必争之地”，各家用兵路线不同。薛其坤院士团队选择的是极其精巧的强氧化原子逐层外延技术。薛其坤院士团队要挑战的，就是在纳米尺度上“搭原子积木”。为了获得最理想的研究材料——数纳米厚的超薄膜，团队用去1000多片样品，才摸索出一套“原子铆钉术”。在极强氧化环境下，依靠这种方法能固定住原本需要极高压才稳定的原子结构，进而实现原子层逐层生长。

薛其坤与研发团队在实验室进行高温超导研究

无需高压，仍能得到超导两大关键指标“零电阻”与“抗磁性”的理想结果，中国科学家将镍基高温超导材料展示在世人面前。值得骄傲的是，中国科学家本次突破，不仅刷新了超导材料家族图谱，更是在镍基体系中验证了高温超导的普适性，为解决高温超导机理的科学难题提供了全新突破口。

展望超导世界

虽然在高温超导领域不断取得突破，但科学家们一直在寻找常压室温超导体，也就是在常温常压下就能实现超导的材料。如果发现了这种神奇的超导体，也就意味着超导技术将彻底摆脱低温的“封印”，真正走进千家万户。

超导世界有何不同？城市电网将由超导电缆织成“能源互联网”，彻底告别停电；太空电梯将通过超导磁悬浮轨道直通太空，大幅降低运输成本；脑机接口将借助超导量子传感器解读神经信号，让意念控制成为现实……

人类用了百年时间，将超导温度不断提高。每前进一度，都意味着对物质更深刻的理解和对能量更精妙的掌控。超导世界之门，还在等待着推开它的有心人。

来源：新华社

作者：白瑜

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