2025年2月18日

我国高温超导研究迎来重大突破！

由国家最高科学技术奖获得者薛其坤院士领衔的南方科技大学、粤港澳大湾区量子科学中心与清华大学

联合研究团队

在《自然》杂志上发表了一项具有里程碑意义的成果

他们发现了镍氧化物在常压下的高温超导电性

这一突破不仅为破解高温超导机理提供了新的视角

也为未来超导材料的应用开辟了新的可能

超导材料

这一曾经只存在于科幻作品中的神秘物质

正在逐步走进现实世界

它以零电阻和完全抗磁性两大特性

让能源输送、磁悬浮、核聚变等领域迎来革命性变革

本期讲座带你深入了解超导材料的前沿发展

01

什么是超导材料？

超导材料是指在特定低温条件下，其电阻完全消失，同时能够排斥外部磁场的材料。这一现象被称为超导现象。

自1911年荷兰物理学家昂内斯（Heike Kamerlingh Onnes）首次发现汞在4.2K（约-269℃）时进入超导态以来，超导材料的研究取得了长足发展。尽管传统超导体需要极端低温才能进入超导状态，但近年来科学家们在高温超导材料的探索上取得了显著进展，特别是铜氧化物和镍氧化物超导体的发现，为未来常温超导的实现带来了希望。

超导现象的核心在于电子可以形成“库珀对”，在材料中无阻力地流动，从而消除了能量损耗。这一特性使得超导材料在众多领域中展现出巨大潜力。

02

超导材料从科幻到现实

超导材料在科幻作品中常常被塑造成未来科技的基石。例如，在电影《阿凡达》中，潘多拉星球上的“Unobtanium”矿石就是一种室温超导体，它的存在使得巨大的“哈利路亚山”能够悬浮在空中。这一设定虽带有科幻色彩，但其背后的物理原理却与现实中的磁悬浮技术高度契合。

在现实世界中，超导材料正被应用于推动人类能源革命。2024年1月20日，我国全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST），即“中国人造太阳”，创造了1亿摄氏度1000秒“高质量燃烧”的世界纪录。

这一突破标志着人类在可控核聚变研究上的重大进展。核聚变装置依赖强磁场约束高温等离子体，而这种强磁场正是由超导磁体提供的。未来，超导材料在核聚变能源上的应用，有望帮助人类实现“取之不尽、用之不竭”的清洁能源梦想。

03

超导材料的现实应用：颠覆传统技术

1. 中国高速磁悬浮列车：中国的超导磁悬浮技术近年来取得了重大突破。2021年，我国自主研发的时速600公里高速磁悬浮列车在青岛下线，这是全球首个设计时速达到600公里的磁悬浮交通系统，标志着中国在高铁和磁悬浮技术领域的领先地位。

2. 超导电网工程：中国在超导电力传输方面取得了实质性进展。上海已经建成了世界首条35千伏公里级高温超导电缆示范工程，为未来超低损耗的电力输送提供了可行方案。

3. 超导医疗技术：我国多个医院已经引入超导磁共振成像（MRI）技术，提高了医学影像的精确度。清华大学、北京大学等机构也在超导量子传感器领域取得突破，为早期癌症检测提供新的手段。

4. 量子计算发展：中国在超导量子计算机领域处于全球前列。2020年，中国科学技术大学团队研制的“九章”光量子计算原型机，计算能力远超传统超算。而基于超导材料的量子芯片研究，也为未来更强大的量子计算机奠定了基础。

04

课程推荐

讲师简介：郭建刚 ，中国科学院物理研究所研究员，博士生导师。现任中国科学院物理研究所先进材料与结构分析实验室副主任。

课程亮点：

• 超导基础理论：从零电阻现象到超导机理，揭开超导材料的神秘面纱。

• 前沿研究进展：解析最新的镍氧化物超导体研究成果，了解其对高温超导研究的深远影响。

• 应用前景探讨：超导材料如何改变未来？从核聚变到量子计算，探索超导技术的无限可能。

• 科学精神的传承：从基础研究到技术突破，探讨超导材料研究领域的科学探索之路。

主讲人金句：“即便是最先进的超导体和实验设备，也离不开对物质材料底层结构的研究。我们认识全新的物质体系，最大的挑战是能否在更细致、更系统、更原始的基础研究领域实现突破。”

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