潮新聞用戶端 執筆 金春華
超導體的磁懸浮。圖檔來自視覺中國
最近，南韓科學家團隊宣布合成了世界上第一個室溫常壓超導體，引發熱議，衆說紛纭。
超導體，又稱超導材料，指的是在某一溫度下電阻為零的導體，能廣泛應用于儲能、磁懸浮列車、電力輸送、核磁共振等領域。自人類發現超導現象以來，該領域已經産生了5個相關的諾貝爾獎。中國科學家也因超導領域的突破，兩次獲國家自然科學一等獎、一次獲國家最高科學技術獎。
但是，超導材料的實作很不容易，比如需要超高壓——有科普作家打過一個比方，有一種超導材料所需的超高壓，近似于一隻大象背起三四百隻大象，再穿一隻細高跟鞋，然後用細高跟鞋跺一下那種大小的力。
世界上有沒有室内常壓條件下的超導材料？目前有一種，但“出現”在科幻電影《阿凡達》中：一種叫“Unobtanium”室溫超導礦石，可以讓一座座大山懸浮在空中。中國科學院實體研究所研究院羅會仟曾在一篇文章中說到，從事超導研究的科學家們，同樣懷有一個終極的夢想，那就是尋找到可實用化的室溫超導材料。
現如今，研發新的可大規模應用的超導材料，成為全球科技競逐的目标之際，中國科學家做得怎麼樣呢？
《自然》雜志（Nature）刊登中山大學王猛教授團隊主導的科學成果：首次發現液氮溫區鎳氧化物超導體。圖檔來自中山大學官網
有的領域實作“從0到1”突破
目前，中國在超導一些研究方向上已做到世界領先水準，且在不斷取得新突破。
中原標準時間7月12日晚上11時，國際頂刊《自然》雜志（Nature）刊登中山大學王猛教授團隊主導的科學成果：首次發現液氮溫區鎳氧化物超導體。
這是中國科學家在全球率先發現的全新高溫超導體系，是人類目前發現的第二種液氮溫區非正常超導材料，被視作基礎研究領域“從0到1”的突破。
想要了解這一發現的重要意義，潮新聞記者先簡單捋一下超導發展曆史。
1911年，荷蘭實體學家昂内斯首次發現超導現象。當時，他把汞冷卻到4K（“K”為熱力學溫度機關“開爾文”，4K=-269.15℃），這接近于絕對零度（-273.15℃）。此後，科學家一直在尋找高溫超導材料。
1980年代，在中科院實體所趙忠賢老師為代表的團隊帶領下，中國很快發現了90K（-183.15℃）以上銅氧化物高溫超導現象，打破了傳統超導體的轉變溫度一般不能超過40K（-233.15℃）的上限。趙忠賢研究團隊憑借卓越成果，獲得了1989年國家自然科學一等獎。
2008年，趙忠賢團隊将鐵基超導體的臨界溫度提高到了55 K（-218.15℃），推動中國高溫超導研究走在世界最前沿。當年美國《科學》以“新超導體将中國實體學家推到最前沿”為題發表述評，肯定了中國實體學家開展的富有重要影響的領先性工作。
自此，很多新的鐵基超導材料、包括超導機理方面的物性研究，均由中國科學家率先開展。據中國科學院實體研究所研究員羅會仟介紹，直至今日，中國在超導基礎研究領域，即材料和機理方面，都處在全球前列。
2014年1月，以趙忠賢、陳仙輝、王楠林、聞海虎和方忠為代表的中國科學院實體研究所和中國科學技術大學研究團隊憑借“40K以上鐵基高溫超導體的發現及若幹基本實體性質研究”，獲2013年度國家自然科學一等獎。3年後，趙忠賢院士獲得2016年度國家最高科學技術獎。
在高溫超導材料研發中，液氮溫區（77開爾文，即-196℃）尤為特殊。因為，液氮相比其他材料更加廉價、易得。這就推動了銅氧化物高溫超導材料在資訊技術、生物醫學、科學儀器、電力、交通運輸等領域的應用。
但是，銅氧化物至此仍是唯一液氮溫區的非正常超導材料。“科學家在銅氧化物超導電性研究中掌握了很多實驗現象和規律，然而與高溫超導的因果關系無法确定。”清華大學教授張廣銘說，高溫超導的機理至今未知，成為近40年來實體學中最重要的科學問題之一。
王猛教授展示鎳氧化物La₃Ni₂O₇單晶。中山大學 供圖
此次，王猛團隊首次發現在液氮溫區超導的鎳氧化物。據王猛教授介紹，鎳氧化物的電子結構、磁性與銅氧化物完全不同。通過比較研究，将有可能确定高溫超導的關鍵因素，推動科學家破解高溫超導機理。
如果仔細留意中國超導研究進展，你還會發現很多新聞：比如，今年6月，中科大團隊在世界實體學頂級刊物《實體評論快報》（Physical Review Letters）發表論文，創下元素超導體轉變溫度新紀錄。2014年，吉林大學馬琰銘團隊預言在160 萬個大氣壓下，硫化氫(H2S)可變為超導體，超導臨界溫度為80 K；吉大另一團隊崔田研究組預言H2S-H2化合物在高壓下可能實作191-204 K 的高溫超導。
超導電纜。圖檔來自上觀
更多超導材料應用于生活
中國超導的領先，離不開國家大力支援，并實作在多個領域的應用。
上世紀六七十年代，中國就開始超導研究。“863計劃”誕生不久，超導就作為專項列入。“十五”期間，國家對“863”超導專項給予大力支援，當時的科技部投入經費約1億元，加上社會各界的投入，課題總經費約4億元左右。該專項取得了豐碩成果，其中一部分完全達到世界先進水準。
近年來，國家層面有關超導的頂層設計、政策也是密集出台。2021年12月，工信部聯合科技部、自然資源部釋出的《“十四五”原材料工業發展規劃》提出，實施前沿材料前瞻布局行動，支援科研機關聯合企業，把握新材料技術與資訊技術、納米技術、智能技術等融合發展趨勢，發展超導材料、智能仿生、增材制造材料等，推動新的主幹材料體系化發展，強化應用領域的支援和引導。這被業界視為明确了超導材料在現代産業中的定位。
超導的重視，離不開其巨大的應用價值。例如在超導電纜領域，大陸已實作落地應用。
超導材料可使電力傳輸媒體接近于零電阻，電能傳輸損耗趨近于零。一條35千伏超導電纜相當于傳統220千伏電纜的輸送容量，可以替代4至6條相同電壓等級傳統電纜，較以往可節省70%的地下管廊空間。在大陸，據悉每年電力傳輸上的損失就高達上千億度，若換成超導材料，節省的電能相當于建立數十個大型發電廠。
2004年，中國第一組超導電纜系統正式并網。大陸成為繼美國、丹麥之後，全球第三個将超導電纜投入電網運作的國家。2013年，國内首套30米、35千伏低溫絕緣高溫超導電纜挂網運作，标志着中國在實用低溫絕緣高溫超導電纜技術中獲得突破。2021年12月，全球首條超公裡級高溫超導電纜商業化示範段在上海正式投運，标志着中國超導輸電應用邁入全球領先行列……
南京大學教授、長江學者特聘教授、美國實體學會會士聞海虎最近在在接受媒體采訪時介紹，目前超導材料實際上已經應用在很多産業了，比如核聚變研究的磁體、醫院核心磁成像的磁體、高頻濾波器、量子計算等等方面，都有應用。
2016年9月，在美、日、歐等國家的鐵基超導線制備還處于米級水準之際，中科院電工研究所研究員馬衍偉團隊成功研制國際首根100米量級鐵基超導長線。這是鐵基超導材料從實驗室研究走向産業化的新的裡程碑。
長沙磁懸浮。圖檔來自湖南釋出
在中國，超導為大衆所熟知的要數磁懸浮列車。2002年12月31日，由中國鐵建承建的世界首條磁浮營運線——上海磁浮列車示範營運線通車營運。2016年5月6日，中國首條自主設計、自主施工、自主制造的具備完全自主知識産權的中低速磁浮商業營運示範線——長沙磁浮快線開通。目前，國内還有北京地鐵S1線、廣東清遠磁浮旅遊專線、鳳凰磁浮觀光快線等多條已投運或在建的磁懸浮線。
2021年1月，世界首台高溫超導高速磁浮工程化樣車在成都下線，設計時速620千米。
合肥科學島拍攝的全超導托卡馬克核聚變實驗裝置（EAST）。圖檔來自新華網
前沿産業布局加速推進
這幾天，廣大網友紛紛“腦洞大開”，暢想室溫超導帶來的改變——可控核聚變、量子計算機等重大基礎設施将獲得巨大突破，飛車行駛并不是夢想，電腦、手機也不會有發熱發燙的煩惱……
為了讓大家“圓夢”，科學家們、産業界等都在不斷努力——
基礎研究領域，很多團隊在進一步探索路上。王猛團隊的發現，得到《自然》雜志審稿人的高度評價，認為它“具有突出重要性”“是開創性發現”。該發現在審稿階段于科研論文預印平台公布後，在1個月左右時間裡已有10餘項相關理論和實驗工作相繼公布。
“目前，我們的超導材料，需要14GPa壓力下才能實作，這會限制對超導機理的研究以及廣泛應用。研究團隊目前正在攻關，希望生長出常壓下達到液氮溫區超導的鎳氧化物超導體。”王猛說。
王猛教授團隊開組會。中山大學 供圖
在産業發展上，超導材料市場規模将繼續增長。根據歐洲超導行業協會（Conectus），全球超導産品市場規模已從2012年的51.9億歐元增長至2022年的68億歐元。
超導材料根據臨界溫度，可分為低溫超導材料和高溫超導材料。目前，國際超導材料市場90%左右是低溫超導材料。在該領域，全球僅有少數幾家企業掌握低溫超導線生産技術，主要分布在美國、英國、德國、日本和中國。
近幾年，商業嗅覺靈敏的民營資本，同時在進入強磁場、可控核聚變、磁懸浮列車等高溫超導帶材應用領域。2020年9月，中國制造業500強、中國民營企業500強奧盛集團發起成立了長三角超導産業鍊聯盟，聯合了長三角地區如上海國際超導、上海超導、上創超導、蘇州新材料所、安徽萬瑞等超導産業鍊諸多龍頭企業。
大陸多個省市釋出了支援超導相關産業建設的政策。
早在2011年，上海市政府就開始在高溫超導材料領域培育上創超導、上海超導這2家民營企業，提前布局。2021年，上海市的戰略性新興産業和先導産業發展“十四五”規劃則明确提出，培育高溫超導材料、石墨烯、3D列印等，努力形成一批具有自主知識産權的國際領先的原創核心技術。上海正全力推動打造具有全球影響力的超導産業高地。
浙江也在加快布局。2021年，浙江省印發《浙江省全球先進制造業基地建設“十四五”規劃》，《規劃》提出，重點培育柔性電子材料、石墨烯材料、3D列印材料、超導材料等産業，部分領域達到世界先進水準。
今年初，浙江印發《關于培育發展未來産業的指導意見》，其中在“優先發展9個快速成長的未來産業”之一的“前沿新材料”産業，就提出重點發展石墨烯、超導材料、生物可降解材料、碳纖維複合材料、新一代3D列印材料等領域，……以新一代材料形成新一代技術裝備。
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