编者按:2023年5月起,“学习强国”学习平台与中国科学报社联合发起“科学家回信”活动,邀请广大读者向自己心中向往尊敬的科学家、科技工作者提问、留言。活动启动后,“学习强国”“科学网App”收到了读者的踊跃留言。我们精选了读者李先仙的提问,请南京大学物理学院教授闻海虎发出第八十二期手书回信。
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读者李先仙:科学家你好,请问室温超导的难点在哪?是否可以实现?如果研发成功后可以带来哪些科学进步?
闻海虎:室温超导的难点主要在于以下几个方面。
材料发现与制备:目前仍然没有已知的室温超导材料。业已存在的超导体其超导转变温度相对较低,常压下超导温度最高的也只有零下140摄氏度。科学家们需要寻找新的化合物或新结构材料,能在常压和较高温度下实现超导行为。这需要进行大量的试验、计算和理论研究。同时,这些材料的合成和制备过程复杂,需要特定的合成条件和严格的控制。
性能优化:超导材料在电力输送、产生强磁场、医疗和国防方面都有很多应用。目前在市场上使用的超导材料绝大部分仍然是低温超导体。高温超导体(一般指临界温度超过液氮温度的材料)的应用还需要进一步优化,以提高其实用性和可靠性。
成本问题:已知的高温超导材料通常包含稀土元素或贵金属元素,制造成本高昂,而且制作工艺复杂,还处于探索阶段。以稀土钡铜氧(REBa₂Cu₃O₇-δ)为代表的带材或导线正日臻成熟,应用规模正迅速扩大。
至于室温超导是否可以实现,虽然目前仍面临诸多挑战,但随着科学技术的不断进步,室温超导的实现是有可能的。
如果室温超导研发成功,将带来以下科学和技术进步。
电力和能源传输:显著降低电能传输过程中的损耗,提高能源利用效率。
电子设备:降低电子设备的能耗,推动电子设备的小型化、高效化和节能化。
医学成像:为MRI等医疗设备提供强大的磁场,提高成像质量,降低成本。
大科学装置:为人工受控核聚变装置(托卡马克)和高能加速器提供强大的磁场,从而高效运行。
材料科学:促进对物质性质的深刻理解,推动材料科学的发展。
综上所述,常压下室温超导的实现将对多个领域产生深远影响,可以极大地推动科技进步和经济发展。
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