作為(wei) 20世紀最偉(wei) 大的科學發現之一，超導體(ti) 具有零電阻效應和完全抗磁性等一係列神奇的物理特性，在科學研究、信息通訊、工業(ye) 加工、能源存儲(chu) 、交通運輸、生物醫學乃至航空航天等領域都有著非常重大的應用前景，受到人們(men) 的廣泛關(guan) 注。 

　　自從(cong) 1911年超導被發現以來，在無數聰慧的科學家推動下，超導依舊不斷綻放新的魅力。其中，我國科學家就發現了一係列高於(yu) 傳(chuan) 統超導體(ti) 極限臨(lin) 界溫度的鐵基超導體(ti) ，使得高溫超導家族再添一員“大將”。那麽(me) ，這個(ge) 鐵基超導有什麽(me) 獨特之處呢？超導材料的應用前景又有哪些方麵呢？今天，我們(men) 就去聽聽鐵基超導的那些事兒(er) 。 

　　1987年2月，我國物理學家趙忠賢帶領著科研團隊在釔鋇銅氧中成功發現了這種材料的超導轉變，並通過使用液氮的方法，為(wei) 超導研究開辟了新天地，方便和加速了全世界的高溫超導研究。 

　　在那一時期，國際上經常有高溫超導的最新成果發布，世界範圍內(nei) 逐漸形成了“超導熱”的氛圍。但這之後的20多年時間裏，超導體(ti) 研究一直停留在銅氧化物領域。這種材料非常脆弱，如果作為(wei) 輸電纜應用，他的延展性與(yu) 柔韌性並不夠好，因此在大範圍的普及應用上仍有一定的困難。特別是在突破了麥克米蘭(lan) 極限之後，全世界科學家們(men) 對超導材料的探索又一次陷入了迷茫。 

　　麥克米蘭(lan) 極限，是物理學家麥克米蘭(lan) 根據傳(chuan) 統理論計算推斷，超導體(ti) 的轉變溫度不能超過零下233攝氏度。這個(ge) 溫度也被稱為(wei) 麥克米蘭(lan) 極限溫度。這個(ge) 理論的成立，也就意味著如果想要實現電阻為(wei) 零的超導態，那麽(me) 必須要有非常低的低溫環境，這便給超導應用帶來困難。 

　　由於(yu) 麥克米蘭(lan) 極限的存在，科學家們(men) 出現了越來越多的疑問。比如，人類對超導的應用是不是隻能被限製在零下233攝氏度以下？再或者是麥克米蘭(lan) 所依據的傳(chuan) 統理論本身存在缺陷？麥克米蘭(lan) 極限溫度能否被突破？ 

　　為(wei) 了探索這些問題，幾十年來，世界各國的科學家們(men) 做了無數次嚐試。特別是相對於(yu) 麥克米蘭(lan) 極限所描述的低溫環境，科學家們(men) 研究超導的美好願望就是找到零下233攝氏度以上的“高溫”超導。 

　　到了上世紀90年代中後期，國際物理學界大部分人傾(qing) 向認為(wei) 銅氧化物超導體(ti) 能給出的信息基本上被挖掘殆盡，通過銅氧化物超導體(ti) 探索高溫超導機理的研究遇到了瓶頸。隨著時間的推移，超導研究的熱度逐漸降低，很多研究者在數次碰壁後紛紛轉移到其他研究領域。但是物理所和中科大的超導團隊並沒有轉移研究領域，憑借這科學家精神，仍然堅守在實驗室，對超導材料進行著新的探索。 

　　在這期間，趙忠賢帶領著科研團隊持之以恒地做著實驗，無數次的製備、觀察、放棄、重新開始。終於(yu) ，這個(ge) “冷板凳”被他們(men) 坐熱了，在鐵基高溫超導體(ti) 的探索上揭開了新的篇章。 

　　要知道，在百年的超導研究史中，從(cong) 來就沒有人看好鐵基材料。因為(wei) 超導體(ti) 有兩(liang) 個(ge) 基本性質，一是零電阻效應，二是完全抗磁性。而鐵自身就具有鐵磁性，所以鐵從(cong) 來就不被超導研究者所看好。以前雖然也曾有科學家用含有鐵成分的材料試驗超導，但也就局限於(yu) 零下270攝氏度左右，離麥克米蘭(lan) 極限溫度還相距甚遠。 

　　直到2008年3月，日本的一位科學家無意中發現了有一種材料比較接近麥克米蘭(lan) 極限溫度，但是由於(yu) 這種鐵基超導樣品轉變溫度隻有零下247攝氏度，低於(yu) 麥克米蘭(lan) 極限，所以當時的物理學界還不能確定這種材料是否真的存在高溫超導體(ti) 。 

　　前麵我們(men) 說過，世界各國的物理學家們(men) 都對含有鐵元素的超導體(ti) 轉變不抱什麽(me) 希望，但這次借助日本科學家的發現，我國中科院物理所的科學家根據自己多年的研究經驗敏銳地察覺到，零下247攝氏度的轉變溫度對鐵元素來說已經很高了，其中的超導機製很可能是非常規的，鐵砷化合物中很可能實現高溫超導。於(yu) 是，在新形勢麵前，中國科學院物理所做出了科學的判斷：抓住機遇，全力以赴！ 

　　自從(cong) 20世紀80年代以來，中科院物理研究所就一直在對高溫超導體(ti) 進行大量的係統性研究，並取得了一係列具有世界先進水平的研究成果，獲得了相當可觀的積澱，這也就使得大家在麵對鐵基超導體(ti) 時顯得遊刃有餘(yu) ，再加上研究團隊的團結一心、集思廣益，很快就有捷報傳(chuan) 來，大量原創性工作取得了突破性進展。 

　　他們(men) 突破了麥克米蘭(lan) 極限溫度，從(cong) 而證明了鐵基超導體(ti) 是高溫超導體(ti) 。研究人員在摻氟的釤氧鐵砷中成功觀測到了零下230攝氏度的超導轉變溫度。很快，他們(men) 又用鈰替代釤達到了零下231攝氏度的轉變溫度，同樣超過麥克米蘭(lan) 極限。不久之後，他們(men) 在摻氟的鐠氧鐵砷中觀察到了零下221攝氏度的超導轉變溫度，並首次把鐵基超導體(ti) 的轉變溫度提高到零下223攝氏度以上。 

　　對於(yu) 這些發現，美國《科學》雜誌刊發了“新超導體(ti) 將中國物理學家推到最前沿”的專(zhuan) 題評述，並評價(jia) 說，中國如洪流般湧現的研究結果標誌著，在凝聚態物理領域，中國已經成為(wei) 一個(ge) 強國。 

　　雖然我國的超導研究，起步比國際上晚了近50年，但目前來說，在這一領域，我國已經躋身國際的先進甚至領先的行列。2008年底，我國科學家發現的鐵基超導體(ti) 研究被評為(wei) 了《科學》雜誌“2008年度十大科學突破”、美國物理學會(hui) “2008年度物理學重大事件”及歐洲物理學會(hui) “2008年度最佳科學發現”等獎項。 

　　鐵基高溫超導體(ti) 的發現是凝聚態物理的一個(ge) 重大突破。它不僅(jin) 在科學研究方麵意義(yi) 重大，而且在信息通訊、工業(ye) 加工、能源存儲(chu) 、交通運輸、生物醫學乃至航空航天等領域均有重大的應用前景，所以受到科技界乃至全社會(hui) 的廣泛關(guan) 注。 

　　也許大多數人都不知道，其實超導已經或多或少地走進了人們(men) 的生活。近年來，國內(nei) 外相繼研製成功了多種超導材料和超導應用器件，超導正在為(wei) 人類的工作、學習(xi) 和生活提供著便利。 

　　應用前景一、超導輸電。 

　　從(cong) 超導體(ti) 的特性，我們(men) 知道超導體(ti) 在低溫下可以實現穩定的零電阻效應，這意味著超導線圈可以通過較大的電流，並且沒有焦耳熱的產(chan) 生。如此一來，科學家便可以采用超導輸電線進行遠距離輸電，從(cong) 而大大降低輸電過程的電力損失。 

　　目前采用銅或鋁導線的輸電損耗大約為(wei) 15%，我國每年的輸電損耗就達一千億(yi) 度左右，如果采用超導輸電線就可以節省相當於(yu) 數十個(ge) 發電廠的電力。而且，采用超導輸電還可以簡化變壓器、電動機和發電機等熱絕緣並保證輸電的穩定性，提高輸電的安全性。 

　　應用前景二、超導磁體(ti) 。 

　　超導磁體(ti) ，它的原理很簡單，隻需要給閉合超導線圈通上電流，就可以維持比較強的穩恒磁場。而常規穩恒磁體(ti) 想要實現強磁場，不僅(jin) 必須采用非常粗的銅導線，把導線泡在水中冷卻，磁體(ti) 的體(ti) 積也要特別龐大，而且還需要持續不斷地通上電流，消耗更多的電能。因此，相比之下，超導磁體(ti) 具有體(ti) 積小、穩定度高、耗能少等多種優(you) 勢。 

　　正因這樣，在生物學研究和臨(lin) 床醫學上采用的高分辨核磁共振成像技術大都是采用超導磁體(ti) ；在科學研究中一些物理特性測量係統的穩恒磁體(ti) 也是采用超導材料製成的；此外，一些大型粒子加速器的加速線圈通常也是采用超導磁體(ti) ，例如歐洲大型強子加速器的加速磁體(ti) 和探測器都采用了超導磁體(ti) 。 

　　應用前景三、超導磁懸浮。 

　　由於(yu) 超導體(ti) 的完全抗磁性，使得磁力線幾乎沒有辦法進入超導體(ti) 的體(ti) 內(nei) ，所以當科學家把超導體(ti) 放在普通磁體(ti) 產(chan) 生的磁場中時，磁力線會(hui) 緊緊的包圍在超導磁體(ti) 周圍，並把超導磁體(ti) “固定”在一定的範圍內(nei) ，進而達到了懸浮的效果。 

　　和普通的磁懸浮技術相比，超導懸浮技術由於(yu) 對超導體(ti) 的限製作用，不僅(jin) 可以實現排斥效果，使它懸浮在普通磁體(ti) 上空，甚至還可以有“吸引”的效果使它懸浮在普通磁體(ti) 的下方。 

　　目前超導磁懸浮列車受製於(yu) 技術和成本問題還不能實現商業(ye) 化，但隨著高溫超導體(ti) 轉變溫度的記錄不斷被刷新，將來的超導磁懸浮列車有望走進人們(men) 的生活，提供更為(wei) 高速、穩定和安全的軌道運輸。 



關(guan) 注【深圳科普】微信公眾(zhong) 號，在對話框：
回複【最新活動】，了解近期科普活動
回複【科普行】，了解最新深圳科普行活動
回複【研學營】，了解最新科普研學營
回複【科普課堂】，了解最新科普課堂
回複【科普書(shu) 籍】，了解最新科普書(shu) 籍
回複【團體(ti) 定製】，了解最新團體(ti) 定製活動
回複【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回複【觀鳥星空体育官网入口网站】，學習(xi) 觀鳥相關(guan) 科普星空体育官网入口网站