什麼是超導？

超導是物理學的一個很酷的部分，它在我們生活的許多方面都有用途。如果科學家們能夠發現一種常溫常壓的超導體，它將徹底改變技術。不幸的是，這已被證明是一項非常艱鉅的任務，而且可能根本不可能。

什麼是超導？

電導體是可以導電的材料。每種材料都有自己的電阻，這是衡量其對電流流動的抵抗力的指標。具有高電阻的材料是不良導體，反之亦然。

超導是一種物理現象，其中材料的電阻為零。在這種狀態下，有許多有趣且有用的效果。沒有電阻的超導體意味著電流可以通過它而不會損失能量或加熱它。這可以實現完美高效的能量傳輸和存儲。

超導體還可以產生異常強大的磁鐵，這方面的例子可以在 MRI 機器和粒子加速器中找到。實驗表明，這些磁鐵中的電流可以持續數年而強度不會有任何可測量的下降。研究表明，該電流將穩定至少 100,000 年，一些估計預測該電流將能夠持續比估計的宇宙壽命更長的時間。

當放置在磁鐵上時，超導體會形成一個相等的磁場，排斥磁鐵。這使得超導體可以完美地懸浮在磁體上方或下方，甚至沿著磁體軌道懸浮。

超導性的要求

材料僅在低於特定溫度時才開始超導，此時其電阻突然降至零。不幸的是，所有已知的超導體只有在極冷的溫度下才會變成超導。“高溫”超導體被定義為在液氮溫度（73K 或 -200°C）以上表現為超導體的材料。材料電阻降至零時的確切溫度稱為“臨界溫度”。

提示：物理學中特別冷的元素通常以開爾文 (K) 為單位進行測量。一開爾文相當於一攝氏度，但開爾文刻度從絕對零開始，即 -273.15°C。

截至 2020 年，發現的最高溫度超導體是 Hg12Tl3Ba30Ca30Cu45O127，它在一個大氣壓下的臨界溫度為 138K 或 -135°C。

溫度不是超導性的唯一重要因素，壓力也在許多超導體中發揮作用。硫化氫 (H2S) 的臨界溫度僅為 203K (-70°C)，十氫化鑭 (LAH10) 的臨界溫度為 250K (-23°C)。不幸的是，這些材料需要在極高的壓力下才能成為超導性，其中 H2S 需要 986,923 個大氣壓，而 LaH10 需要 1,677,770 個大氣壓。

提示：此刻度上的壓力通常以 GPa 或 Giga-pascals 為單位測量，數字分別為 100 GPa 和 170 GPa。為了讓這個值更容易理解，它被轉換成大氣。一個大氣壓是地球上海平面的平均氣壓。相比之下，地球海洋最深處的壓力，即馬里亞納海溝中的挑戰者深淵，在海平面以下 10,994 米處的壓力為 1,071 個大氣壓。

室溫超導體的潛在未來用途

術語“室溫超導體”用於指在高於 273K 或 0°C 的溫度下表現出超導性的潛在未來材料。為了在現實世界中變得特別有用，這些材料還必須在一個大氣壓或接近一個大氣壓時具有超導​​性。

室溫超導體將通過幾乎消除電力線長距離傳輸過程中損失的電能來幫助減少世界能源問題。它們還將允許更快的計算機和內存存儲設備以及更敏感的科學傳感器。運行粒子加速器、核磁共振成像機器、原型核聚變反應堆和磁懸浮列車等設備中使用的超強磁鐵會便宜得多，因為磁鐵不需要液氮來冷卻超導體以使其工作。