重庆
近日，中国在超导领域获得了重大突破，在铁基和铜基料两类高温超导材料之外，让镍基超导材料成为第三个能在常压下实现高温超导的材料。这也许能帮助我们在未来找到能在室温超导的材料。
01
科学圣杯——超导
作为科学的圣杯之一，超导有两大特性“超导”和“完全抗磁”。
如果把普通导体比作布满障碍物的跑道，那么超导体就是电流的滑冰场，电阻低到几乎测不出来。外加磁场能在超导体表面产生无损耗的感应电流，这些感应电流产生的磁场刚好能抵消外部磁场。表现出完全抗磁性的效果（悬浮在磁铁上）。
利用超导材料的特性，我们能让电能无损传输，让磁悬浮列车时速超过600公里，为可控核聚变提供足够强的磁场……
02
温度三大门槛
自从昂内斯在制备液氦（-268.785℃）的过程中发现汞在4.2K（-268.95℃）以下电阻会消失后，第一批超导材料都要冷却到接近绝对零度才能转变为超导态，这极大限制了超导的应用，找到转变温度更高的超导材料就成了超导研究的重点，这条路上有三大温度门槛。
根据常规超导材料的特性，三位科学家总结出了BCS理论——认为低温下金属中的电子形成特殊的库珀对是发生超导转变的原因。而根据BCS理论，麦克米兰等人认为超导体的转变温度上限是40K（-233℃），这被称为“麦克米兰极限”。
1986年和2008年，人们先后发现一些含铜氧化物和含铁氧化物也能出现超导现象，随着研究的深入，它们的转变温度都突破了40K这第一道门槛。这说明BCS理论还有缺陷，后来，人们把能超过40K的命名为“高温超导体”。可惜直到现在，人类还没能完美解释高温超导现象出现的原因。
第二道门槛是找到能在液氮温区（77K，-196℃）甚至干冰温区（195K，-78.15℃）起效的高温超导材料。氮气是大气中含量最高的气体，能用便宜液氮冷却的铜基超导材料已经进入了输电、医疗等应用领域。
第三道门槛“室温超导”是一个遥远的目标。如果能实现，我们给手机充电时就不会发热，电动车充电5分钟能跑一个月！
镍基高温超导材料的发现也许能帮助科学家解释高温超导的机制，进而找到实现“室温超导”的方向。
03
“原子乐高”搭建镍基超导体
2019年，人们发现介于铁、铜之间的镍元素的氧化物也有超导电性，但之前的镍基材料必须在相当于深海万米压力的环境才能让它展现超导特性。
薛其坤团队用三年时间，发明了一种名为“强氧化原子逐层外延”的薄膜生长技术，能在纳米尺度上精确控制原子搭乐高积木。
他们使用完全国产实验设备，精确控制比传统方法强上万倍的氧化环境，最终造出仅3层原子厚度的镍基超导薄膜。这个几纳米厚的(La,Pr)3Ni2O7薄膜成功在常压、45K（-228℃）实现超导，打破了40K的“麦克米兰极限”。
这项新技术，让原本需要千斤顶压住才能变身的“超人”镍基材料，现在只需一套量身定制的“纳米铠甲”，就能在普通环境下施展超能力。
铜基、铁基、镍基材料的电子结构各不相同。以前，对铜基和铁基两类高温超导体的研究，就好比一个人摸到了象鼻子，另一个人摸到了象腿。现在对镍基高温超导研究就如同摸到了大象耳朵，为解决高温超导机理的科学难题提供了全新突破口。
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编辑｜张毅
审核｜吴新
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