超导有什么用超导有哪些应用 _小知识

以下文章来源于中国物理学会期刊网，作者罗会仟。

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超导体发现年代及其临界温度，已更新到2020年10月。

编者按
2020年10月14日，一篇关于超高压下观察到室温超导的论文登上了Nature封面，引发轰动。论文显示，一种氢化物材料在267万个大气压的压强下室温超导现象，实现温度在15摄氏度左右。
什么是超导？超导的研究经历了哪些过程？为何常温超导受到如此关注？中国科学院物理研究所副研究员罗会仟在2014年撰文，讲述了铁基高温超导的发现和研究如何促进人们对高温超导电性的理解，以及中国科学家在其中的贡献。
原文标题为“铁基超导的前世今生”，首发于《物理》杂志2014年第7期43卷。《知识分子》获授权转载。

撰文 | 罗会仟

自2008 年凝聚态物理学领域掀起铁基高温超导研究热潮以来，铁基超导的科学研究已经步入第6 个年头（注：本文发表于2014年，到2020年铁基超导的科学研究已有12年），发表的有关铁基超导研究论文已经数万篇。截止到2013 年2 月，全世界在铁基超导研究领域被引用数排名前20 的论文中，9 篇来自中国。铁基超导至今仍然是凝聚态物理基础研究的前沿科学之一，吸引了世界上诸多优秀科学家的目光。

为什么铁基超导如此特别？它的发现对基础物理研究有着什么样的重要影响？中国人在铁基超导洪流中起到了什么样的角色？本文将为您逐一揭晓铁基超导的前世今生。

19 世纪末20 世纪初，人们在气体理论的指导下在实验室不断将各种气体液化，创下了一系列低温记录。直至1908 年7 月10 日，荷兰莱顿大学的昂尼斯等人成功把最后一个 “顽固的气体”——氦气液化，确立液氦沸点为4.2 K（热力学温标中，0 K 对应着－273.2℃，4.2 K 即相当于－269℃），从此开启了低温物理研究的新篇章（见图1）。

1911 年4 月8 日，昂尼斯等试图研究金属在低温下的电阻行为，当他们把金属汞降温到4.2 K时，发现其电阻值突然降到仪器测量范围的最小值（10－5 Ω），即可认为电阻降为零（见图2）。昂尼斯把这种物理现象叫做超导，寓意超级导电，他本人因液氦的成功制备和超导的发现获得了1913 年的诺贝尔物理学奖。此后，人们又陆续发现了许多单质金属及其合金在低温下都是超导体，一些非金属单质在高压等特殊条件下也是超导体。在元素周期表中，除了一些磁性单质、惰性气体、放射性重元素和部分碱金属外，许多元素单质都是超导体。

1933 年，德国物理学家迈斯纳通过实验发现，超导体存在其自身特性，和人们所猜想的理想金属导体（低温下电阻逐渐降为零）有很大的区别。即超导体除了零电阻外，它还具有另一种独立的神奇特性——完全抗磁性。超导体一旦进入超导态，就如同武功大侠练就了 “金钟罩、铁布衫” 一样，外界磁场根本进不去，材料内部磁感应强度为零。判断一个材料是否属于超导体，必须同时具有零电阻和完全抗磁性这两个独立特征。

利用零电阻的超导材料替代有电阻的常规金属材料，可以节约输电过程中造成的大量热损耗；可以组建超导发电机、变压器、储能环；可以在较小空间内实现强磁场，从而获得高分辨的核磁共振成像，进行极端条件下的物性研究，发展安全高速的磁悬浮列车等等。

超导磁体在基础物理实验研究中有着不可替代的应用，例如，发现 Higgs 玻色子的欧洲大型强子加速器（LHC）的加速通道和探测器都大量采用了超导磁体；未来的能源明星国际热核聚变实验堆（ITER）依赖超导磁体约束核聚变以达到可控目的；在凝聚态物理和生物物理等相关仪器上超导磁体的应用更是比比皆有。但在日常生活中，超导体的声名可比半导体小多了，这是为何？一般来说，半导体在室温下就能用，但超导体往往需要非常低的温度环境（低于其超导临界温度），这种低温环境需要依赖于昂贵的液氦或者其他低温设备来维持，这极大地增加了超导应用的成本。解决这一问题关键在于寻找更高临界温度的超导体，特别是室温超导体——这是所有超导研究人员的终极梦想。

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图1 各种气体的沸点

超导有什么用 超导有哪些应用

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