美國研究團隊重磅公布！全球性能最高，高溫超導新突破

每經編輯 杜宇

據券商中國8月13日消息，美國紐約州立大學布法羅分校的研究團隊公布了一項基于稀土鋇銅氧化物(REBCO)的超高性能超導線材的制備成果，為世界上性能最高的高溫超導線段，同時性價比指標顯著提高。

相關研究成果發(fā)表在最新一期《自然·通訊》雜志上。

參與此項研究的除了來自紐約州立大學布法羅分校的研究人員之外，還有來自加拿大漢密爾頓的麥克馬斯特大學以及意大利薩萊諾大學物理系和薩萊諾的CNR-SPIN單元的聯合實驗室的研究人員。

根據實現溫度不同，超導體可分為低溫超導材料和高溫超導材料。低溫超導材料通常需要借助4K(-269℃)的液氦來實現20K以下的環(huán)境來實現超導電性，高溫超導(HTS)所需的溫度相對來說要高得多，通?？梢赃_到40K(-233℃)，甚至-100℃以上。目前主要得到應用的仍然為低溫超導材料。

文章刊登在《自然·通訊》

美國紐約州立大學布法羅分校的研究團隊宣布，新的HTS導線涵蓋所有磁場和從5K(-268℃)到77K(-196℃)的工作溫度范圍。在4.2K時，新HTS導線在沒有外部磁場的情況下，每平方厘米可承載1.9億安培的電流；在7特斯拉磁場下，每平方厘米可承載9000萬安培的電流。

在更高的20K(-253℃)時，在沒有外部磁場的情況下，這些導線每平方厘米仍可承載超過1.5億安培的電流；在7特斯拉磁場下，每平方厘米可承載超過6000萬安培的電流。20K也是商業(yè)核聚變的預期應用溫度。

該研究的通訊作者、紐約州立大學杰出教授和紐約帝國創(chuàng)新教授阿米特?戈亞爾（Amit Goyal）認為，最新的研究結果將幫助引導行業(yè)進一步優(yōu)化其沉積技術和制造條件，從而顯著提高商用涂層導體的性價比。提高性價比對于完全實現超導體的眾多大規(guī)模、設想中的應用是必需的。

他進一步說明，研究的結果表明，優(yōu)化后的商業(yè)HTS線材仍有顯著的性能提升空間，因此有潛力實現成本的相應降低。

我國高溫超導體研究，取得新突破

超導體因巨大應用潛力備受關注，尋找新型高溫超導體是科學界孜孜以求的目標。中國在超導基礎研究領域位于世界前列。

據復旦大學官方微信號7月18日凌晨消息，復旦大學物理學系趙俊教授團隊的研究成果以“Superconductivity in pressurized trilayer La4Ni3O10-δ single crystals”為題發(fā)表于最新一期的《自然》（Nature）。

圖片來源：復旦大學官方微信號

趙俊教授團隊利用高壓光學浮區(qū)技術成功生長了三層鎳氧化物La4Ni3O10高質量單晶樣品，證實了鎳氧化物中具有壓力誘導的體超導電性 (bulk superconductivity)，其超導體積分數達到86%，這意味著又一新型高溫超導體被發(fā)現。研究還發(fā)現該類材料呈現出奇異金屬和獨特的層間耦合行為，為人們理解高溫超導機理提供了新的視角和平臺。

據上海證券報，6月18日，位于上海的聚變能源商業(yè)公司能量奇點宣布，由能量奇點設計、研發(fā)和建造的洪荒70裝置成功實現等離子體放電。這是全球首臺全高溫超導托卡馬克裝置，也是全球首臺由商業(yè)公司研發(fā)建設的超導托卡馬克裝置。

據央視財經，托卡馬克裝置被稱為“人造太陽”，被全球廣泛用來研發(fā)可控核聚變發(fā)電。高溫超導托卡馬克裝置尺寸小、成本低，具有商業(yè)化發(fā)電的潛力。這一裝置的運行標志著我國在全球范圍內率先完成了高溫超導托卡馬克的工程可行性驗證。

圖片來源：央視財經視頻截圖

作為新質生產力的重要一環(huán)，可控核聚變具有無限、經濟、可計劃、清潔、安全等諸多優(yōu)點，是解決能源及環(huán)境問題的重要途徑之一。

能量奇點CEO楊釗介紹，洪荒70具有自主知識產權，國產化率超過96%，其全部磁體系統均采用高溫超導材料加工建造。該裝置的設計工作開始于2022年3月，總體安裝于今年2月底完工，創(chuàng)造了全球超導托卡馬克裝置研發(fā)建造的最快紀錄。

“洪荒70”成功放電 （圖片來源：視頻截圖）

去年7月，中山大學物理學院王猛教授團隊在《自然》雜志刊登了高溫超導材料的科學成果——首次發(fā)現液氮溫區(qū)鎳氧化物超導體。液氮溫區(qū)指的是溫度在液氮沸點附近的范圍，即約-196°C左右。這是繼中國科學家1980年代發(fā)現銅氧化物高溫超導體之后，人類發(fā)現的第二種液氮溫區(qū)非常規(guī)超導材料，也是在全球范圍內首次發(fā)現的全新高溫超導體系。

何謂超導和超導體？

公開資料顯示，超導概念最早由荷蘭物理學家?？?bull;卡末林•昂內斯在1911年發(fā)現。他在用液氦將汞的溫度降到4.15K時，發(fā)現汞的電阻降為零，于是把這種現象稱為超導性。后來昂內斯和其他科學家陸續(xù)發(fā)現其他一些金屬也是超導體。1935年，德國人倫敦兄弟提出了一個超導電性的電動力學理論……2019年德國馬普所的Eremets等人再接再厲，在氫化鑭體系中實現了250K的臨界溫度，但是同時需要極高的壓強。

據了解，目前超導材料的最高臨界溫度已經達到了203K。

超導體是指在極低溫度下，電阻會突然降為零的材料。超導體不僅具有零電阻的特性，而且具有完全抗磁性。超導體電阻轉變?yōu)榱愕臏囟?，稱為超導臨界溫度。

超導體已經被廣泛地應用于我們的生活、科研和生產等許多方面，如醫(yī)院核磁共振成像、大科學裝置和實驗室的各種超導磁體等。尤其是高溫超導體已開始得到應用，如超導電磁感應加熱應用于鋁錠的加工和電網限流器等。

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