室温超导体 - 无需特殊冷却即可以零电阻导电的材料 -是颠覆日常生活的技术奇迹。它们可以彻底改变电网，使悬浮列车成为可能，以及许多其他潜在的应用。但到目前为止，超导体必须冷却到极低的温度，这限制了它们的使用范围。

　　几十年来，室温超导性似乎永远遥不可及，但在过去的五年里，世界各地的一些研究小组一直在实验室中竞相实现它——其中一个刚刚取得了进展。

　　在发表在《自然》杂志上的一篇论文中，研究人员报告说，在高达58°F（13.3°C或287.7K）的温度下，含有氢、硫和碳的化合物实现了室温超导。之前的最高温度是260 K或8°F，由乔治华盛顿大学和华盛顿特区的卡内基研究所的竞争对手在2018年达到。（德国美因茨马克斯普朗克化学研究所的另一个小组大约在同一时间达到了250 K或-9.7°F。与之前的记录一样，新记录是在极高的压力下获得的 - 大约是我们呼吸的空气的两百五十万倍。

　　“这是一个里程碑，”罗马Sapienza大学的计算物理学家José Flores-Livas说，他创建了解释高温超导性的模型，并没有直接参与这项工作。“在几年内，”他说，“我们从200 [K]增加到250，现在是290。我很确定我们会达到300。

　　电流是流动的电荷，通常由电子组成。像铜线这样的导体有很多松散结合的电子。当施加电场时，这些电子相对自由地流动。但即使是像铜这样的好导体也有电阻：它们在带电时会发热。

　　超导性 - 电子在没有电阻的情况过材料 - 乍一听是不可能的。就好像一个人可以高速行驶穿过拥挤的市中心，永远不会撞到红绿灯。但在1911年，荷兰物理学家Heike Kamerlingh Onnes发现，当汞冷却到绝对零度以上几度（约-460°F或-273°C）时，汞会变成超导体。他很快在锡和铅等其他金属中观察到了这种现象。

　　此后的几十年里，超导性只能在极低的温度下产生。然后，在1986年底和1987年初，IBM苏黎世实验室的一组研究人员发现，某些陶瓷氧化物在高达92 K的温度下可以是超导体 - 最重要的是，超过液氮的沸点，即77 K。这改变了超导性的研究，以及它在医院MRI等应用中的应用，因为液氮便宜且易于处理。

　　正常情况下，超导体工作的一种方式是当流过它们的电子与声子“耦合”时 - 构成材料的原子晶格中的振动。理论家认为，两者同步的情况下允许电子在没有阻力的情况下运动，低温可以为它们创造条件。1968年，康奈尔大学的尼尔·阿什克罗夫特（Neil Ashcroft）提出，在高压下，氢也将是一种超导体。通过迫使原子紧密地堆积在一起，高压改变了电子的行为方式，并且在某些情况下，使电子 - 声子对形成。

　　几十年来，科学家们一直试图了解这些情况是什么，并弄清楚还有哪些其他元素可能与氢混合，以便在逐渐升高的温度和较低的压力下实现超导性。

　　在该论文报道的工作中，罗切斯特大学的研究人员及其同事首先以一比一的比例混合碳和硫，将混合物研磨成小球，然后在注入氢气的同时将这些球挤压在两颗钻石之间。激光照射化合物数小时以分解硫原子之间的键，从而改变系统的化学性质和样品中电子的行为。由此产生的晶体在低压下不稳定，但它是超导的。它也非常小 - 在它超导的高压下，它的直径约为30百万分之一米。

　　这种化合物为什么起作用的确切细节尚不完全清楚 - 研究人员甚至不确定他们到造了什么化合物。但他们正在开发新的工具来弄清楚它是什么，并且乐观地认为，一旦他们能够这样做，他们将能够调整成分，以便化合物即使在较低的压力下也可能保持超导。

　　弗洛雷斯-利瓦斯推测，降低到100千兆帕将有可能开始工业化“具有非常高分辨率的超微小传感器”。精确的磁传感器用于矿产勘探，也用于检测人脑中神经元的放电，以及制造用于数据存储的新材料。低成本、精确的磁传感器是一种本身听起来并不性感的技术，但使许多其球盟会他技术成为可能。

　　如果这些材料能够从微小的加压晶体放大到更大的尺寸，不仅可以在室温下工作，还可以在环境压力下工作，那将是更深刻的技术转变的开始。电力的产生、传输和分配方式将从根本上被大于百万分之几米的廉价而有效的室温超导体所改变。根据能源信息管理局的数据，美国产生的电力中约有5%在输配电中损失。首先，消除这种损失将节省数十亿美元，并对气候产生重大影响。但是室温超导体不仅会改变我们拥有的系统，还会构建一个全新的系统。变压器对电网至关重要，可以做得更小、更便宜、更高效。电动机和发电机也是如此。超导储能目前用于平滑电网的短期波动，但它仍然相对小众，因为它需要大量能量来保持超导体的低温。室温超导体，特别是如果它们可以被设计成承受强磁场，可以作为在更长的时间内存储大量能量的非常有效的方式，使可再生但间歇性的能源如风力涡轮机或太阳能电池更有效。

　　由于流动的电流会产生磁场，超导体也可用于为MRI机器和悬浮列车等各种应用制造强大的磁铁。超导体在量子计算的新兴领域也具有巨大的潜在重要性。超导量子比特已经是世界上一些最强大的量子计算机的基础。能够在不必冷却的情况下制造这样的量子比特，不仅会使量子计算机更简单、更小、更便宜，而且可能导致在创建许多量子比特的系统方面取得更快的进展，这取决于所创建的超导体的确切性质。

　　原则上，所有这些应用都可以通过需要冷却到低温才能工作的超导体来实现。但是，如果你必须如此彻底地冷却它们，你会失去许多——在某些情况下是全部——从缺乏电阻中获得的好处。这也使它们更加复杂、昂贵且容易失败。

　　科学家能否设计出不仅在环境温度下而且在环境压力下都具有超导性的稳定化合物还有待观察。但研究人员很乐观。他们以这个诱人的主张结束了他们的论文：“一种强大的室温超导材料将改变能源经济，量子信息处理和传感可能是可以实现的。”返回搜狐，查看更多