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突破!科研人员在高温超导研究领域取得新进展

文 | 飞车靠技术

编辑 | 飞车靠技术

突破!科研人员在高温超导研究领域取得新进展

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20亿投入,却引发的争议:中国高温超导研究突破,真的能改变世界?

突破!科研人员在高温超导研究领域取得新进展

图片来源于网络

2023年10月2日,一个看似平凡的秋日,却因一篇刊登在国际顶尖学术期刊《自然》上的论文,在中国掀起了科学界乃至公众舆论的阵阵涟漪,这篇论文,来自中国科学院物理研究所的科研团队,他们宣布在镍基高温超导体的研究中取得了重要进展,为困扰学界多年的难题带来了新的曙光,消息一出,举国振奋,媒体纷纷以“重大突破”、“世界领先”等词汇进行报道,似乎一场科技革命即将到来

在这片欢呼声中,也夹杂着些许质疑和担忧的声音,20亿的巨额投入,换来的究竟是颠覆性的科技革命,还是昙花一现的学术泡沫?这项被誉为“未来材料”的高温超导技术,究竟离我们还有多远?

一、高温超导:通往未来的能源之路?

要理解这场围绕高温超导的争议,我们需要先了解这项技术究竟有何神奇之处

想象一下,如果电力的传输和使用过程中没有任何损耗,世界将会变成什么样?我们将告别高压电线上的能量损耗,告别电子设备的发热问题,甚至可以实现超远距离的无线电力传输,而这一切,正是高温超导材料所带来的无限可能

超导现象,指的是某些材料在特定温度下电阻完全消失的现象,1911年,荷兰物理学家卡末林·昂内斯首次发现了汞的超导性,打开了人类探索超导世界的大门,最初发现的超导材料都需要在极低温度(接近绝对零度,-273.15℃)下才能展现超导特性,这极大地限制了其应用范围

直到20世纪80年代,科学家们发现了一种名为“铜氧化物”的材料,可以在相对较高的温度(约-196℃)下实现超导,这被称为“高温超导”现象,这一发现犹如一颗重磅炸弹,彻底引爆了科学界对超导材料的研究热情

高温超导材料的出现,意味着超导技术不再是实验室里的“娇贵花朵”,而有可能走进现实应用,为人类社会带来革命性的变化,能源、交通、医疗、信息技术……几乎所有领域都能看到高温超导技术的潜在应用

-能源领域:高温超导材料可以用于制造损耗极低的电力传输线缆,大幅提高能源利用效率,减少能源浪费

-交通领域:基于高温超导技术的磁悬浮列车,可以实现更高速、更平稳、更节能的运行

-医疗领域:高温超导磁共振成像仪(MRI)可以提供更清晰、更精准的医学影像,为疾病诊断和治疗提供更强大的工具

-信息技术领域:高温超导材料可以用于制造速度更快、功耗更低的超级计算机,推动人工智能、大数据等领域的发展

尽管高温超导技术拥有着如此诱人的前景,但通往未来的道路却并非坦途

二、争议的焦点:是突破还是泡沫?

中国科学院物理研究所的这项研究,之所以引发如此大的关注和争议,主要集中在以下几个方面:

1.突破的程度:是革命性的进步,还是渐进式的优化?

此次中国科学家在镍基高温超导材料上的突破,主要体现在以下两点:

-提供了更确凿的证据:此前,科学界对于镍基材料是否真的能够实现高温超导存在争议,中国科学家利用先进的实验设备,在镨(Pr)掺杂的双镍氧层钙钛矿材料(La2PrNi2O7)多晶样品中,同时观测到了零电阻和完全抗磁性这两个高温超导的关键证据,为镍基高温超导的存在提供了更有力的支持

-揭示了微观结构的影响:研究发现,材料的微观结构对于高温超导性能有着重要影响,这为后续进一步优化材料设计、提升超导性能提供了新的思路

也有不少科学家指出,此次研究成果虽然重要,但更多的是对现有理论的验证和补充,尚未触及高温超导机制的核心问题,换言之,我们距离真正理解和掌控高温超导现象,还有很长的路要走

2.应用前景:是触手可及的未来,还是遥不可及的梦想?

尽管高温超导技术拥有着巨大的应用潜力,但要将其从实验室走向实际应用,仍然面临着诸多挑战

-材料制备:目前,高温超导材料的制备成本仍然十分高昂,且难以大规模生产

-工作温度:尽管被称为“高温”超导,但目前大多数高温超导材料仍然需要在极低温度下才能工作,这限制了其应用范围

-技术成熟度:高温超导技术目前还处于发展初期,许多关键技术尚未突破,例如如何将超导材料制成可实际应用的器件等

因此,尽管此次研究成果令人振奋,但我们也要清醒地认识到,高温超导技术的广泛应用仍然需要相当长的时间,甚至有可能需要几代科学家的持续努力

3.巨额投入:是物有所值,还是资源浪费?

20亿人民币的科研投入,对于任何一个国家来说都不是一个小数目,这笔巨额资金的投入,究竟是物有所值,还是资源浪费,也成为了此次争议的焦点之一

支持者认为,基础科学研究是推动科技进步的源动力,高温超导作为一项具有颠覆性潜力的技术,值得我们投入大量资源进行探索,即使最终无法实现预期的应用目标,在这个过程中积累的知识、技术和经验,也将为其他领域的科技创新提供宝贵的借鉴

反对者则认为,在当前经济形势下,有限的科研经费应该优先用于解决更紧迫的社会问题,例如医疗卫生、环境保护、教育公平等,将巨额资金投入到一项尚不确定能否取得突破、何时能够应用的技术上,是否过于冒险?

三、理性的声音:在争议中前行

面对这场围绕高温超导的争议,我们需要的不是盲目的乐观,也不是轻易的否定,而是在理性思考的基础上,做出更加明智的选择

1.科学需要质疑,更需要耐心

科学的发展从来都不是一蹴而就的,每一次重大突破的背后,都离不开无数次的试错和积累,对于高温超导这样的前沿科技领域来说,更是如此,我们不能因为一时的困难就放弃探索,也不能因为一时的成果就盲目乐观

2.应用需要时间,更需要投入

将一项实验室里的技术转化为实际应用,需要克服的不仅仅是技术上的难题,还需要考虑成本、市场、政策等多方面因素,高温超导技术从实验室走向应用,还需要科研工作者、企业家、政府部门等多方共同努力

3.资源需要优化配置,更需要战略眼光

在有限的科研经费下,如何平衡基础研究和应用研究之间的关系,如何选择最具潜力的研究方向,是一个需要权衡利弊的复杂问题,既要避免“急功近利”,也要避免“好高骛远”,才能最大限度地发挥科研投入的效益

中国在高温超导领域取得的突破,是近年来中国科技实力不断提升的一个缩影,在未来的科技竞争中,中国必将扮演更加重要的角色,我们也要清醒地认识到,科技创新是一场马拉松,而不是百米冲刺,只有保持战略定力,持续投入,才能最终实现科技强国的目标

这场关于高温超导的争议,或许还将持续很长时间,但我们相信,在理性的声音的指引下,中国的高温超导研究必将在争议中不断前行,最终为人类社会带来福祉

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