室溫超導(dǎo)托起現(xiàn)實中的“哈利路亞山”

科幻電影《阿凡達(dá)》中最令人難忘的場景，莫過于一座座懸浮在云端的哈利路亞山。電影中解釋道，因為山中蘊藏著一種叫做Unobtanium的神奇室溫超導(dǎo)礦石，它借助母樹附近的強大磁場懸托起了山。

那么，我們現(xiàn)實中的地球是否存在室溫超導(dǎo)體呢？

超導(dǎo)，顧名思義就是超級導(dǎo)電。超導(dǎo)材料具有許多獨特的電、磁、熱等物理特性，其中最典型的就是當(dāng)降到足夠低溫度(該溫度點稱作超導(dǎo)臨界溫度)的時候，超導(dǎo)材料的電阻會突然變?yōu)榱恪?/p>

如果將超導(dǎo)體置于磁場環(huán)境下，超導(dǎo)感應(yīng)電流的存在將使超導(dǎo)體內(nèi)自動形成一個如“金鐘罩”、“鐵布衫”一樣的屏蔽磁場，這便是超導(dǎo)體的另一種特性――完全抗磁性。一塊見方大小的超導(dǎo)板甚至可以懸浮起重量級的相撲選手。

超導(dǎo)材料具有如此奇特的物理性質(zhì)，它們很罕見嗎？

其實生活中處處都是超導(dǎo)材料，因為元素周期表中的大部分單質(zhì)金屬元素都是超導(dǎo)體，如鋁、鈣、錫、鉛等，一些非金屬材料在高壓下也是超導(dǎo)體，如硅、硫、磷等。

可是生活中卻很少用到它們的超導(dǎo)特性，問題在于要實現(xiàn)超導(dǎo)，就必須將溫度降到超導(dǎo)臨界溫度之下。遺憾的是，金屬單質(zhì)和合金超導(dǎo)體的臨界溫度都低得可憐。

例如1911年發(fā)現(xiàn)的第一個超導(dǎo)體――金屬汞的臨界溫度在4K(熱力學(xué)溫標(biāo)，相當(dāng)于-269℃)左右，可以說它已經(jīng)接近宇宙中的最低溫度――絕對零度0K(-273℃).

直到1986年以前，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的最高臨界溫度的超導(dǎo)體是Nb3Ge(中文名鈮三鍺)，也僅為23K(-250℃)。要達(dá)到如此低的溫度，用空調(diào)、冰箱來制冷是絕對不行的，它們頂多到-100℃左右，這需要依賴昂貴的液氦來制冷，就算在科研實驗中也存在諸多局限，更何況大規(guī)模應(yīng)用到生活中。

功夫不負(fù)有心人，1986年，IBM的工程師柏諾茲和穆勒在La-Ba-Cu-O陶瓷材料中發(fā)現(xiàn)了35K(-238℃)的超導(dǎo)電性。

隨后，華人科學(xué)家朱經(jīng)武、吳茂坤以及中國科學(xué)家趙忠賢等人發(fā)現(xiàn)了具有93K(-180℃)超導(dǎo)的Y-Ba-Cu-O體系。最終，這類銅氧化物超導(dǎo)體最高臨界溫度提高到了165K(-108℃)附近，從而被稱為高溫超導(dǎo)體(這里的高溫，只是相對常規(guī)金屬超導(dǎo)體的低超導(dǎo)臨界溫度而言的).

高溫超導(dǎo)體的臨界溫度邁入了液氮溫區(qū)，大大降低研究和應(yīng)用成本。為尋找到更多更適合應(yīng)用的超導(dǎo)材料，科學(xué)家加快了超導(dǎo)探索的腳步，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了許多超導(dǎo)新家族。

如今，超導(dǎo)體的種類覆蓋各種金屬、合金、非金屬化合物、氧化物，乃至有機物等多種物質(zhì)形態(tài)，似乎暗示“條條大路通超導(dǎo)”。人們對室溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)更加充滿期待和厚望。

從理論上，已經(jīng)預(yù)言在極端高壓下的氫元素將變成金屬態(tài)，它就極可能是室溫超導(dǎo)體。

相信在不久的將來，現(xiàn)實中的哈利路亞山――室溫超導(dǎo)體也許不再是夢想。到那時，你或許可以用超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)在云彩之中練瑜伽或在懸空的“白云”沙發(fā)上酣睡，那是何等地愜意和美妙。