突破绝对零度壁垒:日本NIMS团队创造超导新材料纪录
2025年8月21日东京电 日本国立材料研究所(NIMS)今日宣布,其研发的镥-氢-氮三元化合物在1GPa(约1万个大气压)压力下,实现-23℃临界温度超导状态,较去年美国罗切斯特大学团队创造的21℃纪录更接近常温常压条件。这项发表于《Nature Materials》的研究,标志着人类向"无损耗能源传输"时代迈出关键一步。
技术解密:高压锅里的革命
材料创新:
团队通过氢化物高压合成技术,在金刚石对顶砧装置中制备出具有特殊笼状结构的LuH₆N₂晶体。其氢原子晶格在压力下形成"声子走廊",使电子库珀对能在较高温度下维持无损运动。
压力平衡术:
1GPa压力仅为前人实验的1/10(对比:马里亚纳海沟压力约100MPa),通过氮元素掺杂有效降低所需压力。首席科学家田中健一表示:"这相当于用家用高压锅就能实现的压力环境"。
验证体系:
研究采用四探针法测量电阻突变(降至10⁻¹²Ω·m),配合迈斯纳效应观测和同步辐射X射线衍射,数据可靠性获剑桥大学超导实验室独立验证。
产业冲击波
能源领域:
国家电网专家测算,若该材料实现规模化应用,我国特高压输电损耗可从7%降至0.3%,每年节省三峡电站2.5年的发电量。
医疗设备:
西门子医疗已启动合作,拟开发零液氦消耗的3T核磁共振仪,设备运维成本有望降低60%。
交通革命:
日本JR东海公司公布的"超导悬浮新干线"白皮书显示,采用此类材料可使建设成本降低40%,最高时速突破600公里。
争议与展望
尽管韩国首尔大学团队质疑其磁化率数据存在"噪声干扰",但更多学者关注其商业转化路径。NIMS透露已与丰田、东芝成立联合实验室,目标在2028年前将临界压力降至0.3GPa以下。这场逼近常温常压的"超导圣杯"争夺战,正在改写人类能源利用的终极规则。
日本科学家实现室温超导材料新突破 临界温度达-23℃
日本科学家实现室温超导材料新突破、临界温度达-23℃的说法并不准确,该突破实际上是高压下氢化镧超导性的验证,属于高温超导范畴,而非室温超导。
一、关于临界温度达-23℃的突破
2019年5月,美德两国科学家团队在《自然》杂志发表论文,实验证实高压环境下的氢化镧(LaH10)在250K(约-23℃)温度下呈现超导性,刷新了超导材料临界温度的最高纪录。该研究通过金刚石压腔技术施加170吉帕高压,观测到零电阻特性、磁场临界温度降低及同位素效应等超导特征,验证了2018年理论预测的可行性。
二、关于室温超导的误解
室温超导是指临界温度高于300K(26.85℃)的超导体,而此次突破的临界温度为-23℃,仍属于高温超导范畴,并未达到室温超导的标准。室温超导一旦取得突破,将摆脱低温的“枷锁”,带来能源、交通、计算、医疗检测等诸多领域的革命性变革,但目前尚未实现。
三、关于此次突破的意义
此次突破将超导临界温度较此前纪录提升约50K,距离室温超导(295K)仅差45K,标志着高温超导研究进入由理论预测指导的新阶段。该突破推动全球超导研究向富氢材料方向集中,为建立高温超导统一理论提供了关键实验数据,对无损耗电力传输、磁悬浮交通和量子计算机等领域的技术发展具有长期促进作用。
氢化镧超导材料具有广阔的应用前景,主要体现在以下几个方面:
能源领域:氢化镧超导材料在能源领域具有巨大的应用潜力。由于其超导转变温度接近室温,且具有零电阻和完全抗磁性,它可以用于构建无损耗的超导输电网,从而显著提高能源传输效率,减少能源损失。这对于解决环境能源问题具有重要意义。
交通领域:在交通领域,氢化镧超导材料可以用于磁悬浮列车等高速交通工具。超导材料的零电阻特性可以使得磁悬浮列车在运行过程中几乎不产生能量损失,从而提高运行效率,降低运营成本。
国防领域:在国防领域,氢化镧超导材料可以用于构建高性能的电磁武器和雷达系统。超导材料的强磁场特性可以使得这些系统具有更高的灵敏度和精度,从而提高国防能力。
医疗领域:在医疗领域,氢化镧超导材料可以用于MRI(磁共振成像)机器等医疗设备。超导材料的强磁场特性可以使得MRI机器具有更高的成像分辨率和速度,从而提高医疗诊断的准确性和效率。
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