休斯顿大学的科学家打破了一项长期保持的超导纪录，研制出一种在常压条件下能以迄今最高温度实现零电阻导电的材料。他们的这一突破将超导温度推升至151开尔文（零下122摄氏度），打破了一项保持了30多年的纪录。
来自德克萨斯超导中心（TcSUH）和休斯顿大学物理系的科学家实现了151开尔文（约零下122摄氏度）的超导转变温度。这是自1911年首次发现超导现象以来，在环境压力下工作的超导体所报道的最高Tc。
转变温度标志着材料能够以零电阻导电的临界点。提高这一温度一直是超导研究的最大目标之一，因为更高的工作温度可以使超导技术变得更加实用和经济。
物理学家朱经武和邓良子的这项发现发表在《美国国家科学院院刊》上。这项工作的资金来源于高智公司、德克萨斯州通过TcSUH提供的资助以及几个基金会。
“电网输电过程会损失约8%的电力，”物理系教授、TcSUH创始主任兼该论文资深作者朱经武说道。“如果我们能节约这部分能量，就能节省数十亿美元，同时也能节省大量精力并减少对环境的影响。”
超导体为何重要
超导体是允许电流无阻力流动的材料。由于没有能量以热量的形式损耗，它们可以显著提高电力系统的效率。科学家还认为超导体对于磁共振成像（MRI）、聚变反应堆、量子技术和超快电子学等技术至关重要。
挑战在于，大多数超导体仅在极低的温度下工作，需要昂贵的冷却系统，这限制了其广泛应用。
“一旦我们将材料置于环境压力下，科学家就能更容易地利用成熟的仪器对其进行研究，并进一步开发适用于环境条件运行的技术，”TcSUH首席研究员、物理系助理教授兼该论文第一作者邓良子说道。
新纪录打破数十年障碍
研究人员花费数十年时间寻找具有更高转变温度的超导材料。
1987年出现了一个重要的里程碑，朱经武及其合作者发现一种被称为YBCO的材料可以在零下180摄氏度或93 K的温度下实现超导。这一发现助推了一场开发高温超导体的全球竞赛。
1993年，科学家发现了一种名为Hg1223的汞基铜氧化物陶瓷，其在零下140摄氏度或133 K时达到超导。该材料保持环境压力下的纪录超过30年。
休斯顿大学的这项新成就将纪录提高了18摄氏度，达到了151 K。
压力淬火产生稳定的超导性
这一突破依赖于一种被称为压力淬火的工艺。虽然压力技术广泛应用于其他领域（包括金刚石生产），但该方法在超导研究中相对较新。
研究人员首先对材料施加极高的压力，从而增强其超导行为并提高其转变温度。在仍处于压力状态时，将材料冷却至精心选定的温度，随后突然卸除压力。
这种快速释放有效地保留了增强的超导特性，使材料即使在恢复到正常压力条件后仍能保持稳定。
“其他研究人员已经表明，在压力下实现室温超导是可以做到的，”朱经武说。“我们的方法表明，在不维持压力的情况下保留该状态是可能的。”
迈向室温超导体的一步
尽管环境压力下的室温超导仍难以实现，但研究人员表示，新纪录是朝着这一目标迈进的重要进展。室温大约为300 K，与新实现的纪录相比仍有约140摄氏度的差距。
“这一发现具有巨大的潜力，”朱经武说。“我们相信，只要有足够多的人投身其中，并给予足够的时间，我们应该能够实现这一潜力。”
朱经武和邓良子还参与撰写了一篇由高智公司资助并发表在《美国国家科学院院刊》上的相关展望文章。该文章讨论了研究人员可用于进一步提高超导温度的六种不同方法，包括压力淬火。
“一个多世纪以来，室温超导一直被科学家视为‘圣杯’，”高智公司超导研究总监Rohit Prasankumar说道。“休斯顿大学团队的结果表明，这一目标比以往任何时候都更接近。然而，这项研究设定的新纪录与室温之间仍有约140摄氏度的差距。缩小这一差距需要更广泛的科学界，包括材料科学家、化学家和工程师以及物理学家的协同努力。”