物理学圣杯成真？宾州大学科学家发现“室温超导”的新途径

电流在传输途中总会有能量损耗，但如果有一种材料能让电流零阻力、无能量损耗地流动，人类的能源与科技格局将被彻底改变。
最近，宾夕法尼亚州立大学（Penn State）的研究团队宣布，他们找到了预测超导体的新方法，这或许是通往室温超导的关键一步。

⚡ 电流的终极梦想：零能量损耗

无论是电网输电、磁悬浮列车还是量子计算机，电流的“摩擦”一直是人类工程的隐形敌人。
当电子在导体中运动时，会与原子碰撞、释放热能——这就是“电阻”。

但超导体（Superconductor）却打破了这一自然法则：在特定条件下，电子可以无碰撞地通过材料，不产生热、不损耗能量。

唯一的问题是： 绝大多数超导体只能在极低温（接近 -273°C）下工作。
这让它们在现实世界中几乎无法应用。

而宾州州立大学的研究，正是要让超导从“冷冻室”走向“常温世界”。

理论突破

从超导的经典解释BCS 理论到“禅熵理论”——自 1957 年起，巴丁–库珀–施里弗（BCS）理论成为理解超导现象的基础。
该理论认为电子会成对结合，形成所谓的“库珀对（Cooper pairs）”，并在晶格中“结伴而行”。避免与原子碰撞——这正是超导电流的“秘密通道”。

宾州大学的华人科学家Zi-Kui Liu教授对此形象地表示：“就像给电子修了一条笔直的高速隧道，它们可以像在德国 Autobahn 上一样全速前进，毫无阻力。”

著名材料工程师Zi-Kui Liu教授

新理论：量子力学 + 禅熵

但传统 BCS 理论只能解释低温超导。
为攻克高温难题，刘教授团队融合了两大理论工具：

1. 密度泛函理论（DFT） —— 一种量子计算方法，用来预测电子的分布与能态；
2. 禅熵理论（Zentropy Theory） —— 一种结合统计力学与量子物理的新框架，可揭示材料在不同温度下电子结构的变化。

这种组合让科学家能在计算机中“模拟”材料的电子结构变化，从而预测哪些物质有潜力成为高温超导体。

关键发现：高温超导的“浮桥结构”

研究团队发现：在某些高温超导材料中，电子的“超高速公路”受到一种独特的原子结构保护——就像一座“浮桥”在波涛中保持稳定。

这种结构可以在更高温度下依然保持电子的协调流动，使超导效应持续存在。

他们用新方法成功预测出：可由 BCS 理论解释的传统超导体；一种此前无法解释的高温超导体；甚至是铜、银、金这类传统非超导金属，在极低温下也可能展现出超导特性。

迈向室温超导：五百万材料的搜索

在未来，刘教授团队将运用禅熵理论计算高温超导体在不同压力下的转变温度；利用他们正在建立的包含 500 万种材料的数据库，以搜索潜在的高温超导候选者。

刘教授进一步表示我们不是在解释已知，而是在构建发现未知的工具，这将有望带来真正的室温超导体，从而彻底改变能源传输、计算与交通的方式。

什么是“室温超导”？

“超导”是一种物质在特定温度下失去电阻、磁场被排斥的现象。
若这种状态能在常温下实现，就意味着：电力传输将零能量损耗；高效磁悬浮列车可成为常态；超级计算机与量子芯片能量消耗将大幅降低。

因此，实现“室温超导”被称为物理学的一个终极圣杯，几十年来科学家为此投入了巨大努力。

超导研究历经百年，经历过无数“希望与坎坷”。而如今，这项来自宾州州立大学的理论突破，或许正让人类离“室温超导”——离完美能量世界，为人类距离这一圣杯，又迈出了一步。