超导：让“零电阻”的当前运行的奇迹

您是否想知道科学生活会如何改变？您对哪些可怕的问题感兴趣？该版本将打开“查看边境·科学家”专栏的支柱。欢迎读者打开大脑并公开提出问题。我们邀请科学家回答并探索新的科学和技术知识。 Netizen：最近，我看到了一份新闻报道：国际热核融合实验反应堆组织宣布，它完成了最大，最强的脉冲超导电磁电磁体系统的所有组件的构建，在那里，直径为9到25米的超导磁环由中国产生。我对“超导磁环”感到非常好奇。您能告诉我什么是超导原则，还有什么应用？ I -Ediq：这是一个很好的问题。超导是一种“魔术材料”，使当前运行具有“零抵抗”，正在悄悄地塑造未来的图片。受控的NUC李尔融合，磁性悬浮列车，量子计算机...超导体在勘探之前到处都是。在这个问题中，我们邀请了中国科学院学院的学者Xue Qikun，也邀请了南方科学技术大学的校长，将我们带入了超导的“神秘世界”。 从照明灯泡到高速金属的驾驶，电流的平稳流量就是社会生活的生活。但是，传统的导电材料（例如铜和铝）总是伴有能量损失，例如水管中的水流遇到摩擦力。是否有bumbsagi的材料 - 电流运行具有“零电阻”？答案是超导材料 - 一百年来一直是人类智慧的科学奇迹，一直在整理能源和技术领域。为什么我们需要超导性才能成为材料发送t的能力他最新？该材料具有较小的电阻和强电导率，反之亦然。铜，银和铝等金属由于其内部活跃的自由电子而成为制造电线和芯片的主要材料。但是，即使是具有最佳电导率的银也没有阻力。当电流流动时，由于电阻的可用性，电能的一部分将以热的形式消失。根据统计数据，每年由于输送损失而引起的全球功耗高达发电总量的5％-10％。随着计算强度需求的爆炸，电力需求逐渐增加，并且向数据中心和超级计算中心的芯片变暖成为技术瓶颈。例如，在传统的半导体芯片中，将近40％的电力转化为热量，这是浪费能量，需要大量的散热系统。如何节省这部分能源？超导技术是答案之一s。 1911年，荷兰的物理Kamolin-Annes发现，当水星为负269摄氏度时，阻力突然消失了，电流可能会连续流动而不会衰减。他将现象称为“超导性”。超导体的零免疫特性就像为电子铺设无摩擦“高速公路”。套件是一种沉默，改变了他的生活。医院中的磁共振成像仪是一个经典的情况：在增强后，用于人体成像后，主要的超导线圈形成了强磁场。如果使用了普通的铜线圈，它不仅消耗了大量的电源，而且需要连续的电源和冷却来抵消电阻和热量。当激活超导线圈时，它可以永久维护磁场，并且能量消耗几乎为零。已经实施了许多宏伟的应用程序。广东省的深圳平民大楼，独立发射由2021年的三轴高温超导电缆远离。这是超导电缆首次将其应用于超级超级城市中心区域。该电缆以氮气保护的液体环境的液体环境的影响，对摄氏196度。当前的承载能力是相同厚度的铜电缆的5倍，递送损失降低了约80％。将来，如果城市网格完全可以完全开放超导电缆，则交付效率将会提高，而停电可以降低。寻找超导材料的道路。早期的超导体需要依靠液态氦（负269摄氏度）来保持低温，这非常昂贵。 1968年，科学家麦克米兰（McMillan）提出了这样的理论，即在正常压力下传统超导体的临界温度不超过40 kelvin（大约是233摄氏度），而这种“天花板”称为“麦克米兰极限”。但是，在1986年，基于铜的基于铜的超导体，可以在液氮温度温度下运行（大于77 kelvin，即减去196摄氏度），从而降低了较低的超导应用的成本。 2008年，基于钢的超导体成为第二种高温超导材料，以打破“麦克米兰极限”。今年2月，南部科学技术团队宣布了最新的科学成功：在正常压力下，在正常压力下，基于镍的材料是第三种高度体质超导材料在正常压力下，镍氧化物膜的超导性超过了“麦克米兰的极限”（超过40 kelvin）。这一突破是发表无限的，不仅刷新了超导材料的家庭地图，而且还证明了基于镍的系统的高温超导大学，这为破解Hig提供了一个主要难题H-温度超导机制。 “任何解决高温超导的奥秘的人都将掌握21世纪能量革命的钥匙。”诺贝尔物理学奖Anthony Legetete的获奖者曾经预测过。在发现和研究三种类型的高温超导材料，基于黄铜的，铁和镍的镍基于遵循铅的科学家。如果“超高温度超导”，即最终实现的超导温度，它是人类科学史上最重要的发现之一。 Masuperpoducting GIC功率的不同超导不仅是零电阻。 1933年，物理学家Meisner发现超导体可以完全排斥外部磁场，就好像被看不见的力支持一样。 “完全抵抗磁性”现象称为“ meisner效应”，这是磁性悬浮技术的物理基础。上海岩石示范线已经存在了近20年。线列车依靠传统的电磁体来恢复，并需要继续授权以维持磁场。如果使用超导磁悬浮，则火车可能“自愿”悬挂在轨道上，并可以减少能耗。 2021年，中国在成都建立了第一个高温度超导磁性悬浮测试线，车辆将实现自uspension SA液氮温度区，这为下一代磁性悬浮高速导轨奠定了基础。超导性不仅是工程学的奇迹，而且是量子物理学的“宏观展览厅”。在超导体中，无数电子将发展“库珀对”，并以一致的方式移动以产生宏观体积状态。该特征使超导体成为音量技术的“基本要素”。例如，超导单光子检测或可以捕获单个光子的信号，这是整个通信的“ fire-fire-eye”；超导摩擦可以长时间维持叠加状态，科学家使用超导式摩擦值来设计数量计算机来实现复杂的超高速度计算。如果通过整体用途超导量子计算机纠正，最终将成功开发出来。这将使计算强度比世界上最快的超级计算机快一百万倍以上，并将为信息技术带来重大变化。超导研究促进了低温物理学，体积力学和材料科学的交叉融合。将来，随着高温超导机制的清晰度和制备过程的优化，“低温奇迹”可能是连接基本科学和工业变化的重要联系。 （五月 - 集体是中国科学院的学者，南方科学技术大学校长）