本文來(lái)自微信公眾號(hào)：原理，作者：小雨

1911年超導(dǎo)現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)后，它便成為科研領(lǐng)域廣泛且深入探索的課題。提升超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度始終是該研究的核心動(dòng)力——這一目標(biāo)不僅能為人類社會(huì)帶來(lái)巨大福祉，還能幫助我們更深刻地理解高溫下出現(xiàn)的宏觀相干量子態(tài)。

近期一項(xiàng)新研究中，科研人員將常壓下的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度提升至151開(kāi)爾文（即–122攝氏度）。這是自1911年超導(dǎo)現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，無(wú)需持續(xù)高壓條件下實(shí)現(xiàn)的最高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度。

長(zhǎng)期存在的瓶頸

超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度指的是材料進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)的臨界溫度：當(dāng)溫度低于該值時(shí)，材料內(nèi)部電流可無(wú)電阻流動(dòng)。目前已知的所有超導(dǎo)體都需冷卻至極低溫度才能工作，這極大限制了它們的實(shí)際應(yīng)用。因此，數(shù)十年來(lái)，提高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度一直是超導(dǎo)研究的主要方向。

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，極高壓力能助力實(shí)現(xiàn)更高的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度，但這也讓材料的研究與應(yīng)用變得更困難。比如，鑭氫化合物在接近地球大氣壓200萬(wàn)倍的壓力下，最高可在260開(kāi)爾文（–13.15攝氏度）呈現(xiàn)超導(dǎo)性，這是目前已確認(rèn)的最高超導(dǎo)溫度。

不過(guò)在常壓條件下，最高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的紀(jì)錄自1993年起就停滯不前。當(dāng)時(shí)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了汞基銅氧化物陶瓷Hg1223，其常壓超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度達(dá)133開(kāi)爾文（–140攝氏度）。

壓力淬火技術(shù)

如今，研究人員的最新成果終于打破了這一保持33年的紀(jì)錄，將超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度再提高18度，達(dá)到151開(kāi)爾文。這一突破得益于“壓力淬火”技術(shù)——雖然該技術(shù)在超導(dǎo)體研究中是新方法，但在人造鉆石制備等領(lǐng)域已較為常見(jiàn)。

該方法的操作流程是：先對(duì)材料施加高壓以增強(qiáng)其超導(dǎo)性能、提升轉(zhuǎn)變溫度；當(dāng)材料處于受壓狀態(tài)時(shí)，先將其冷卻到特定溫度，再迅速完全釋放壓力，從而有效“鎖定”增強(qiáng)后的超導(dǎo)性能。通過(guò)這種方式，即便撤去壓力，材料仍能保留較高的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度，在常規(guī)條件下保持穩(wěn)定。

具體來(lái)說(shuō)，整個(gè)過(guò)程分三個(gè)關(guān)鍵階段。首先，研究人員測(cè)量了Hg1223在不同壓力下的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度，并依據(jù)觀測(cè)結(jié)果確定了理想的“亞穩(wěn)態(tài)”，該狀態(tài)由初始的“淬火壓力”定義。

接著，他們將Hg1223樣品放入處于淬火壓力下的金剛石壓砧室，在4.2開(kāi)爾文的淬火溫度下快速釋放壓力。這種快速減壓能確保材料被困在亞穩(wěn)態(tài)中。

最后，研究人員以最小的擾動(dòng)將壓力淬火后的樣品從金剛石壓砧室取出，在常壓下用不同探針在砧外對(duì)其進(jìn)行表征。

壓力淬火方法首先將超導(dǎo)體置于金剛石壓砧室中（左圖）。通過(guò)記錄電阻突然降為零的溫度來(lái)測(cè)量超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度。隨著壓力升高，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度也隨之上升（中圖）。通過(guò)快速釋放壓力，研究人員可讓樣品保持在亞穩(wěn)態(tài)，該狀態(tài)的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度高于其原始相（右圖）。（圖片來(lái)源：L.Deng/University of Houston）

研究人員在不同淬火壓力下測(cè)試了多個(gè)樣品，所有樣品的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度均高于常規(guī)水平，其中最高達(dá)到151開(kāi)爾文。

邁向室溫超導(dǎo)的重要一步

一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，常壓室溫超導(dǎo)（約300開(kāi)爾文）一直被科學(xué)家視為科研“圣杯”。盡管此次新紀(jì)錄與室溫仍有約140攝氏度的差距，但它標(biāo)志著重要的進(jìn)展。要實(shí)現(xiàn)最終目標(biāo)，還需要更廣泛的科學(xué)界有組織、有意識(shí)地共同努力，參與者不僅包括物理學(xué)家，還涵蓋材料科學(xué)家、化學(xué)家和工程師。

#參考來(lái)源：

https://www.uh.edu/news-events/stories/2026/march/03102026-ambient-pressure-superconductivity-record.php

https://physics.aps.org/articles/v19/37

https://www.sciencenews.org/article/pressure-superconductor-record-break

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2536178123