導電性是材料傳輸電流的能力，材料的電阻小，材料的導電能力就強，反之亦然。銅、銀和鋁等金屬因內(nèi)部自由電子活躍，成為電線、芯片生產(chǎn)的主要材料。但即便導電性最好的銀，電阻也并非為零。電流流過時，由于電阻的存在，部分電能會以熱量的形式耗散。據(jù)統(tǒng)計，全球每年因輸電損耗的電量高達總發(fā)電量的5%—10%。

隨著算力需求爆炸式增長，電力需求也逐步攀升，數(shù)據(jù)中心、超算中心的芯片發(fā)熱已成為技術瓶頸。例如，傳統(tǒng)半導體芯片中，約40%的電能轉(zhuǎn)化為熱量，既浪費能源，又需龐大的散熱系統(tǒng)。如何把這部分能量節(jié)省下來？超導技術是答案之一。

1911年，荷蘭物理學家卡末林—昂內(nèi)斯發(fā)現(xiàn)，汞在零下269攝氏度時，電阻突然消失，電流可永續(xù)流動而不衰減，他將這一現(xiàn)象命名為“超導電性”。超導體的零電阻特性，如同為電子鋪設了一條無摩擦的“高速公路”。

這一特性已悄然改變生活。醫(yī)院中的核磁共振成像儀就是經(jīng)典案例：其核心的超導線圈通電后產(chǎn)生強磁場，用于人體成像。若用普通銅線圈，不僅耗電量巨大，還需要持續(xù)供電制冷來抵消電阻發(fā)熱，而超導線圈一旦通電，可永久維持磁場，能耗近乎為零。

更宏大的應用已經(jīng)落地。廣東深圳平安大廈于2021年啟用了自主研發(fā)的三相同軸高溫超導電纜，這是世界上首次將超導電纜應用于超大型城市中心區(qū)。這條電纜在零下196攝氏度的液氮保護環(huán)境下工作，電流承載量是同等粗細銅纜的5倍，輸電損耗降低約80%。未來，城市電網(wǎng)若全面改用超導電纜，輸電效率將躍升，停電事故或?qū)⒋蟠鬁p少。

尋找超導材料之路

早期超導體需依賴液氦（零下269攝氏度）維持低溫，成本極高。1968年，科學家麥克米蘭提出理論：傳統(tǒng)超導體在常壓下的臨界溫度不會超過40開爾文（約零下233攝氏度），這一“天花板”被稱為“麥克米蘭極限”。

然而，1986年，銅基氧化物超導體的發(fā)現(xiàn)打破了這一預言，它可以在液氮溫區(qū)（大于77 開爾文即零下196攝氏度）工作，使超導應用成本降低許多。2008年，鐵基超導體成為第二類突破“麥克米蘭極限”的高溫超導材料。

今年2月，南方科技大學團隊宣布最新科研突破：在常壓環(huán)境下實現(xiàn)了鎳氧化物薄膜超過“麥克米蘭極限”（40開爾文以上）的超導電性，使鎳基材料成為常壓下繼銅基、鐵基之后的第三類高溫超導材料體系。

這項發(fā)表于《自然》雜志的突破性研究，不僅刷新了超導材料家族圖譜，更是在鎳基體系中驗證了高溫超導的普適性，為破解高溫超導機理提供了關鍵拼圖。

“誰解開高溫超導之謎，誰就掌握了21世紀能源革命的鑰匙。”諾貝爾物理學獎得主安東尼·萊格特曾經(jīng)這么預言。在銅基、鐵基、鎳基三類高溫超導材料的發(fā)現(xiàn)和研究中，中國科學家正從跟跑變?yōu)轭I跑。如果最終實現(xiàn)了“超高溫超導”即室溫超導，將是人類科學史上最重大的發(fā)現(xiàn)之一。

超導的多樣“魔力”

超導的“魔力”不止于零電阻。1933年，物理學家邁斯納發(fā)現(xiàn)，超導體能完全排斥外部磁場，仿佛被無形之力托起。這一“完全抗磁性”現(xiàn)象被稱為“邁斯納效應”，它是磁懸浮技術的物理基石。

上海磁浮示范線已運行近20年，線上的列車依靠常規(guī)電磁鐵懸浮，需持續(xù)供電維持磁場。而若采用超導磁懸浮，列車可“自發(fā)”懸浮于軌道之上，能耗可以大幅降低。2021年，中國在成都建成全球首條高溫超導磁懸浮試驗線，車輛在液氮溫區(qū)實現(xiàn)自穩(wěn)定懸浮，為下一代磁懸浮高鐵奠定基礎。

超導不僅是工程奇跡，更是量子物理的“宏觀展廳”。在超導體中，無數(shù)的電子會結(jié)成“庫珀對”，步調(diào)一致地運動，形成宏觀尺度的量子態(tài)。這種特性讓超導體成為量子科技的“核心元件”。例如，超導單光子探測器能捕捉單個光子的信號，是量子通信的“火眼金睛”；超導量子比特可長時間保持量子疊加態(tài)，科學家正在利用超導量子比特設計量子計算機，實現(xiàn)復雜超高速運算。如果可糾錯的通用超導量子計算機最終被研制成功，它將提供比目前世界上最快的超級計算機還快百萬倍以上的運算能力，并帶來信息技術的重大變革。

超導研究已推動了低溫物理、量子力學、材料科學的交叉融合。未來，隨著高溫超導機制的明晰與制備工藝的優(yōu)化，這項“低溫奇跡”或?qū)⒊蔀檫B接基礎科學與產(chǎn)業(yè)變革的重要紐帶。

（作者為中國科學院院士、南方科技大學校長）