核磁共振裝置能小到放進鄉村診所

電腦晶片再也不用擔心發熱問題

中國科學院物理研究所研究員靳常青

自1911年超導現象被發現以來，一代代科學家不斷探索，卻發現絕大多數材料只有通過製冷劑維持在極低溫度下，才能展現出超導狀態。

超導到底是什麼？靳常青用通俗的語言解釋，某些材料在足夠低的溫度下，會展現出兩個“反常”特性：

零電阻——電流毫無損耗地通過，不發熱；

完全抗磁性（邁斯納效應）——磁場穿不進去，能被磁鐵“懸浮”。

以釔鋇銅氧高溫超導體為例，用液氮冷卻至約-196℃後，將其置於永磁軌道上，它會穩穩懸浮。即使將軌道完全翻轉，超導體依然懸掛在軌道下方，既不掉落也不觸碰軌道，彷彿被無形的力量“釘”在了那裡。

靳常青解釋，在第2類超導體的內部，既有超導態，也有正常態。當這類超導材料置於磁場中，超導體內部正常區域的磁通線就像“釘子”一樣鎖住超導體，把它和磁鐵牢牢地綁在一起。

水在常溫下也能變冰？  高壓“壓”出個新世界

很多超導材料要涉及極端條件製備的技術，也就是高壓。在我們的印象中，水在常溫下是流動的液體，只有降到0℃才會結冰。

而一個實驗卻顛覆了大家的認知：在室溫約20℃的環境下，對普通液態水施加約1萬個大氣壓，水中竟然“長”出一塊半透明的冰晶，且隨著壓力增大，從顯微鏡中可以明顯觀察到冰晶逐漸擴大，呈現出完美晶型的過程。

靳常青介紹，這一現象源於水的特殊性質——絕大多數物質固態比液態重，但水恰恰例外。常壓下冰會浮在水面，這個“反常”特性保護了地球生命，若冰比水重，海洋在冬季將會徹底封凍，生命進化或將從源頭被徹底掐斷。而高壓下形成的熱冰，無論在結構、形態還是密度上，和自然界的常壓冷冰完全不同。

靳常青表示，高壓是一個非常獨特的手段。宇宙空間裡，絕大部分實體物質的內部處於高壓狀態，從地表的1個大氣壓，到地心360萬個大氣壓，再到中子星內部難以想像的極端壓力環境。壓力，會把我們認為的“不可能”變成可能。

“氫”也有金屬態？  金屬氫撬動兩項顛覆性技術

氫，通常以氣體或水的形態為人所知。然而，當氫被置於極端超高壓下，會被壓縮成固體，進而蝶變為具有導電性的金屬，甚至可能成為室溫超導的候選材料。

這種物質被稱為“金屬氫”，由諾貝爾獎得主尤金·維格納於20世紀30年代首次提出。歷經近百年科學求索，儘管目前距離在實驗室中真正壓出金屬氫所需的壓力，在技術上仍有差距，但科學家們相信，一旦跨越這道門檻，金屬氫必將問世。

金屬氫會給人類帶來什麼？靳常青介紹，金屬氫一旦實現，不僅可以作為超導材料進行應用，還能作為聚變的初級點火裝置——因為它是人類已知化學能中能量密度的天花板，再往上就是核能。

2003年，諾貝爾獎得主維塔利·金茨堡教授在演講中將“金屬氫”列為21世紀上半葉物理學最重要的三大科學問題之一，與“可控核聚變”和“室溫超導”並列。換句話說，攻克金屬氫，可能一舉撬動兩項顛覆性技術：讓超導走進日常生活，也讓“人造太陽”離我們更近一步。

室溫超導若實現，生活會變成什麼樣？

醫療領域：核磁不再依賴昂貴液氦→裝置小型化、降價→進社區/鄉村醫院

交通領域：超導磁懸浮突破高鐵600km/h上限→京滬通勤壓縮至1.5小時左右

資訊領域：晶片零發熱瓶頸→突破現有算力天花板

能源領域：超導輸電無損耗→載流量是普通電纜10倍以上

就像為世界安裝了一個“無形的輪子”

也許不過是個尋常的早晨       (中國經濟網)

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