休士頓大學的研究人員在常壓超導體方面取得了重大突破，創下了在環境壓力條件下超導體的新溫度紀錄。這項進展最終可能有助於創造更有效率的電網、改良的能源儲存系統、更快的電子設備，以及核融合和醫學影像的新技術。
德州超導中心（TcSUH）和休士頓大學物理系的科學家們，將超導轉換溫度（Tc）提高到攝氏零下 122 度（約 151 開爾文）。自 1911 年首次發現超導現象以來，這是有史以來在環境壓力下運作的超導體所報告的最高 Tc。
轉換溫度標誌著材料能夠以零電阻傳導電力的點。提高此溫度一直是超導研究的最大目標之一，因為更高的工作溫度可以使超導技術更加實用且經濟實惠。
物理學家吳忠（Ching-Wu Chu）和鄧良子（Liangzi Deng）的研究成果發表在《美國國家科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）。該研究的資金來自 Intellectual Ventures、德州政府（透過 TcSUH）以及數個基金會。
「電網輸電會損失約 8% 的電力，」物理學教授、TcSUH 創始主任兼該論文的資深作者吳忠表示。「如果我們節省了這些能源，將能節省數十億美元，同時也節省了大量精力並減少對環境的影響。」
超導體是允許電力無阻力流動的材料。由於沒有能量以熱能形式損失，它們可以顯著提高電氣系統的效率。科學家們也將超導體視為磁共振成像（MRI）、核融合反應爐、量子技術和超高速電子設備等技術的關鍵。
挑戰在於大多數超導體僅在極低溫度下工作，需要昂貴的冷卻系統，這限制了其廣泛使用。
「一旦我們將材料帶到環境壓力下，科學家們就能更容易地使用成熟的儀器來研究它，並進一步開發適用於環境條件操作的技術，」TcSUH 的首席研究員兼該論文的首席作者、物理學助理教授鄧良子說。
新紀錄打破了數十年的瓶頸
研究人員數十年來一直在尋找轉換溫度越來越高的超導材料。
1987 年，吳忠及其合作者發現一種稱為 YBCO 的材料在攝氏零下 180 度（93 K）時可以變成超導體，這是一個重要的里程碑。該發現有助於引發一場開發高溫超導體的全球競賽。
1993 年，科學家們發現一種名為 Hg1223 的汞基銅氧化物陶瓷，在攝氏零下 140 度（133 K）時達到了超導狀態。該材料在環境壓力下保持了 30 多年的紀錄。
休士頓大學的新成就將紀錄提高了攝氏 18 度，達到 151 K。
壓力淬滅創造穩定的超導性
這項突破依賴於一種稱為「壓力淬滅」的過程。雖然壓力技術在包括鑽石生產在內的其他領域很常用，但這種方法在超導研究中相對較新。
研究人員首先將材料置於極高的壓力下，這增強了其超導行為並提高了其轉換溫度。在壓力仍然存在的情況下，材料被冷卻到一個精心選擇的溫度，然後突然移除壓力。
這種快速釋放有效地保留了增強的超導特性，使材料即使在恢復到正常壓力條件後也能保持穩定。
「其他研究人員已經證明，在壓力下實現室溫超導是可行的，」吳忠說。「我們的方法表明，可以在不維持壓力 ही 的情況下保留該狀態。」
邁向室溫超導的一步
儘管在環境壓力下實現室溫超導仍然遙不可及，但研究人員表示，新紀錄是朝著這個目標邁出的重要一步。室溫約為 300 K，與新達到的紀錄仍有約 140 攝氏度的差距。
「這項發現具有巨大的潛力，」吳忠說。「我們相信，只要有足夠多的人投入其中並給予足夠的時間，我們就能實現這一潛力。」
吳忠和鄧良子還為 Intellectual Ventures 資助並發表在 PNAS 的一篇相關的觀點論文做出了貢獻。該論文討論了研究人員可以用來進一步提高超導溫度的六種不同方法，包括壓力淬滅。
「一個多世紀以來，室溫超導一直是科學家的『聖杯』，」Intellectual Ventures 超導研究主管 Rohit Prasankumar 表示。「休士頓大學團隊的結果表明，這個目標比以往任何時候都更接近。然而，本研究創下的新紀錄與室溫之間仍有約 140 攝氏度的差距。彌合這一差距需要更廣泛的科學界，包括材料科學家、化學家和工程師，以及物理學家，共同付出協調一致的努力。」
