1. 超导体的基本特性
(1) 超导态和抗磁性特性
超导体具有零电阻和完全抗磁性。在超导态下,电阻突变为零,而超导体在外加磁场下会感应出一个反向磁场,表现出完全的抗磁效应。
(2) 超导体的发现和分类
超导的发现是一个偶然的现象,最初是荷兰莱顿大学的昂内斯在进行液化气体实验时发现的。超导体可分为两类,其中第一类超导体具有正常态、超导态和混合态,而第二类超导体主要包括离子、合金和其他化合物等。
(3) 超导技术的应用
超导技术在日常生活中有广泛的应用,例如超导磁悬浮技术、超导电缆和超导磁体等,可以实现列车、磁浮车辆的悬浮运行,用于输电,减少能源损耗,并应用于MRI、核磁共振等医疗设备。
2. 室温超导的研究进展
(1) 超导的机理和BCS理论
超导的机理目前只有一个大致的认识,还没有完全理解透彻。巴丁库珀等科学家提出了BCS理论,解释了超导现象,认为在超导状态下,金属材料中的电子会形成电子对,且这两个电子的自旋方向相反,从而形成超导状态。
(2) 室温超导的发现和研究人们进行了大量研究,寻找可以实现超导的其他物质。发现了一些超导合金、硼化物、氧化物和硫化物等,它们在特定条件下具有超导特性。尤其是在1986年,穆勒等科学家发现了铜氧化物在30K以上时具有超导性,打破了低温液氮温度的壁垒,开启了高温超导研究的新篇章。
(3) 高温超导的应用前景
超导材料的临界温度不断提高是超导研究的主要方向,人们希望能够在更高的温度下实现超导,以扩大其应用范围。近年来,德国科学家发现了具有接近室温的氢化蓝系化合物,其转变温度在260-280K之间,非常接近我们的室温。然而,实现超导的条件非常苛刻,需要在非常高的压力下,目前常规手术中使用的高温超导体通常指液氮温区的温度。现在比较热门的室温超导是在十几度、二十几度甚至三十几度的温度下实现超导状态。因此,我们所说的高温超导材料,并不是指几百度甚至上千度的温度,而是相对于低温下的研究而言,是较高的温度。因此,它被称为高温超导。
以上是关于中科院室温超导专家交流会议录音中投资者关心的内容。
Q&A
Q:超导材料的发现对人类有什么贡献?
A:超导材料的发现可以为人类做出非常大的贡献,如果能够实现室温超导,整个生活将会发生翻天覆地的变化。
Q:超导材料的研究历经了多少年?
A:在过去的100多年里,科学家们不断探索超导的机理,目前对超导的机理只有一个大概的认识,并不能完全理解透彻。
Q:超导材料的理论贡献是什么?
A:BCS理论是一个重要的理论搔贡献,它解释了超导状态下金属材料中电子的配对现象,配对后的电子不表现出磁性并且不受周围原子核的相互作用影响,从而形成超导状态。
Q:目前已知的超导材料有哪些?
A:目前已知的超导材料包括超导合金、硼化物、氧化物和硫化物等。
Q:高温超导材料在应用上有什么优势?
A:高温超导材料的发现降低了超导应用的成本,因为它们可以在液氮温区(77k)实现超导,而液氮价格很便宜。
Q:目前的高温超导材料可以达到多高的温度?
A:目前所说的高温超导材料实际上是指相对于之前的低温超导研究,在液氮温区的温度下能够实现超导。高温超导材料的转变温度一般在30k以上。
Q:室温超导材料的研究现状是什么?
A:迄今为止,室温超导材料的研究仍然比较困难,目前还没有真正实现室温超导的材料。
Q:前面您提到室温超导的研究目前还没有得到很多团队的重视,能否解释一下为什么大家对此持观望态度?
A:室温超导材料目前还没有被广泛研究,只有一些视频显示其具有一定的抗磁性,但并不能确认其是否是真正的超导材料。因此,目前国内的研究小组也不愿意去重复这个实验。此外,制作室温超导材料的流程非常简单,材料也很廉价。
Q:如果室温超导得以实现,对电力工程有哪些重要的应用?
A:室温超导可以用于减小电力工程中的损耗。目前电力输电采用高压输电线路,但存在较大损耗。如果实现室温超导,可以利用超导材料来代替输电线路,减小损耗并节省成本。此外,超导材料还可以用于变压器和发电机,进一步提高效率。
Q:室温超导对交通运输和医学影像有哪些应用?
A:室温超导可以用于磁悬浮列车,利用超导的磁悬浮实现高速运输。此外,在医学影像方面,核磁共振设备使用超导材料制成,目前价格昂贵。如果能够实现室温超导,可以降低设备价格并使其更小型化,从而推动医学影像学的发展。
Q:托克马克装置是用来干嘛的?
A:托克马克装置是用一个非常强的磁体将需要聚变的材料约束在磁场里面,利用聚变过程产生的高温来发电。
Q:超导量子干涉器件的主要应用是什么?
A:超导量子干涉器件主要用于微弱磁场的检测,其灵敏度非常高,可以测量到人体内产生的弱磁信号。它的应用包括生物影像、地球物理探测、国防和基础物理研究等领域。
Q:脑磁图仪的单价是多少?为什么价格昂贵?
A:脑磁图仪的单价大约为3,000万,它的传感器需要在4.2K的液态温度下工作,因此需要建立一个大型保温装置来维持低温,这也是价格昂贵的重要原因。
Q:如果实现室温超导,脑磁图仪的应用前景会如何?
A:如果实现室温超导,脑磁图仪可以体积缩小到像一个帽子或头盔一样的大小,并作为一种脑机接口,直接探测大脑的活动信号并进行设备控制,实现无创的脑机接口。
Q:超导量子干涉器件还有其他的应用吗?
A:超导量子干涉器件还可以用于心思图,用来诊断冠心病、心肌缺血等疾病,它的准确率也非常高。
Q:超导材料的价格是否很贵?
A:是的,超导材料的价格非常贵。
Q:超导应用中的一个应用是什么?
A:超导应用中的一个应用是超导纳米单光子探测器。
Q:超导量子计算机是基于什么原理的?
A:超导量子计算机是基于超导材料的特性来实现量子计算的。
Q:国际上半导体的技术发展路线提出了解决半导体器件发热问题的方案是什么?
A:国际上半导体的技术发展路线提出了两种解决方案,一种是利用超导数字电路来制作操作电路,另一种是利用超导量子计算来实现量子计算。
Q:超导量子计算的一个代表是哪家公司的原型机?
A:超导量子计算的一个代表是IBM的一个基于超导量子比特的50比特原型机。
Q:超导材料在集成度高时有什么问题?
A:在集成度高的情况下,超导材料会产生高功率和热损耗的问题。
Q:目前低温超导和高温超导的商业化进展如何?是否因为成本较高而应用范围有限?
A:低温超导应用相对成熟,如核磁共振等,但其成本较高。高温超导材料目前还存在问题,且制作较为困难,应用受限。寻找新材料可能会有突破。
Q:室温超导材料的商业化进展受到哪些因素的制约?A:目前室温超导材料还只存在于实验室
中,而且要求非常苛刻的条件。目前获得的材料还无法实际应用。
Q:液氦和液氮的成本较高,对超导材料的应用造成影响吗?
A:液氦主要依赖进口,而液氮相对较便宜。但液氮的使用也不是特别方便,且维持长线路上的温度成本高。
Q:室温超导材料的商业化进展取决于哪些因素?
A:室温超导材料的制作难度以及储量等条件对其商业化进展具有相当程度的影响。
Q:韩国团队发现的室温超导材料是否可信?其材料制作过程是否过于简单?
A:韩国团队声称发现了室温超导,但其材料制作过程过于简单,也未给出充分的数据证明其具备超导特性。因此目前还不太相信。
Q:抗磁性较好的超导材料是否能带来新的应用?
A:抗磁性较好的材料可能可用于磁屏蔽等应用,但如果仅仅具备抗磁性而无零电阻特性,则在大型应用上可能无法发挥作用。
Q:超导量子计算机的商业化进展如何?目前存在哪些主要问题?
A:超导量子计算机不是我的研究方向,我主要研究超导量子干涉器件的应用。
Q:超导量子计算机技术方案中比较有前途的技术路线有哪些?
A:目前公认比较有前途的技术路线是光量子和超导量子。中科大在光量子计算机方面做了一个9张光量子的计算机,而IBM在超导量子计算机方面是主要代表。这两个技术路线被认为非常可行。
Q:超导量子干涉器件目前主要应用在哪个领域?
A:目前商业化应用主要是在弱磁信号探测方面,尤其是生物磁信号探测,如脑磁图。但是这些设备价格昂贵,国内目前也只有大约10台左右,每台造价约三四千万。除此之外,还有一些科学应用领域也在使用超导量子干涉器件,因为它的磁场灵敏度非常高。但是这些仪器目前还主要是国外的,如美国的公司矿吞迭代。
Q:目前国内有哪家公司在基于超导量子干涉器件的领域商业化?
A:目前上海的曼迪科技已经开始商业化超导量子干涉器件产品。此外,在一些科学应用领域,超导量子干涉器件也得到广泛应用。但是由于需要液氦,价格较高且供应困难,因此商业化应用相对较少,主要局限于科研院所等特殊场合。
Q:关于东南大学物理系的实验结果,您对此怎么看?
A:如果实验结果是真实的,至少可以说明该材料能够表现出超导性,但这并不是室温超导,因为温度已经高于110k。
Q:在短期内没有室温超导的可能性的情况下,您认为低温超导和高温超导在产业化方面的空间有多大?是否受到应用限制?
A:低温超导的条件要求非常苛刻,对于大规模远距离的电力传输来说不太现实。因此,像上海的超导电缆示范工程可能不太可能铺开,但它起到了示范的作用。如果能够发现接近室温的高温超导材料,它可以很快地引入替代,加快产业化速度。
Q:目前在低温和高温超导产业化应用方面,有哪些公司做得比较好?
A:在低温超导材料方面,国内有一个上市公司叫西部超导,它主要为国内外的磁共振厂商提供超导实体线材。在高温超导方面,上海有两家公司,上创超导和上海超导,它们专门从事高温超导应用。这些公司在产业化方面做得比较好。
Q:韩国的lk99在127摄氏度下达到超导临界点,为何被算作室温超导?
A:超导临界温度是指材料在临界温度以下表现出超导性,而在临界温度以上不表现。如果lk99的临界温度是127k,那么在更低的温度下它也会是超导状态,因此也可以被称为室温超导材料。
Q:罗斯斯特大学迪亚斯的研究已经被证伪了吗?
A:南大的实验结果已经发表,重复实验显示该材料不具备室温超导性能。韩国也成立了验证委员会,可能很快会有一个公认的结论。
Q:可能还需要多久才能得出一个结论?
A:我认为会很快,因为该材料制作简单,大家很快就能重复实验。我们只能再等待一段时间,看是否有其他课题组能够重复这个实验结果。