本文來自微信公眾號：原理，作者：小雨

1911年超導現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)后，它便成為科研領域廣泛且深入探索的課題。提升超導轉變溫度始終是該研究的核心動力——這一目標不僅能為人類社會帶來巨大福祉，還能幫助我們更深刻地理解高溫下出現(xiàn)的宏觀相干量子態(tài)。

近期一項新研究中，科研人員將常壓下的超導轉變溫度提升至151開爾文（即–122攝氏度）。這是自1911年超導現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)以來，無需持續(xù)高壓條件下實現(xiàn)的最高超導轉變溫度。

長期存在的瓶頸

超導轉變溫度指的是材料進入超導狀態(tài)的臨界溫度：當溫度低于該值時，材料內部電流可無電阻流動。目前已知的所有超導體都需冷卻至極低溫度才能工作，這極大限制了它們的實際應用。因此，數十年來，提高超導轉變溫度一直是超導研究的主要方向。

科學家們發(fā)現(xiàn)，極高壓力能助力實現(xiàn)更高的超導轉變溫度，但這也讓材料的研究與應用變得更困難。比如，鑭氫化合物在接近地球大氣壓200萬倍的壓力下，最高可在260開爾文（–13.15攝氏度）呈現(xiàn)超導性，這是目前已確認的最高超導溫度。

不過在常壓條件下，最高超導轉變溫度的紀錄自1993年起就停滯不前。當時科學家發(fā)現(xiàn)了汞基銅氧化物陶瓷Hg1223，其常壓超導轉變溫度達133開爾文（–140攝氏度）。

壓力淬火技術

如今，研究人員的最新成果終于打破了這一保持33年的紀錄，將超導轉變溫度再提高18度，達到151開爾文。這一突破得益于“壓力淬火”技術——雖然該技術在超導體研究中是新方法，但在人造鉆石制備等領域已較為常見。

該方法的操作流程是：先對材料施加高壓以增強其超導性能、提升轉變溫度；當材料處于受壓狀態(tài)時，先將其冷卻到特定溫度，再迅速完全釋放壓力，從而有效“鎖定”增強后的超導性能。通過這種方式，即便撤去壓力，材料仍能保留較高的超導轉變溫度，在常規(guī)條件下保持穩(wěn)定。

具體來說，整個過程分三個關鍵階段。首先，研究人員測量了Hg1223在不同壓力下的超導轉變溫度，并依據觀測結果確定了理想的“亞穩(wěn)態(tài)”，該狀態(tài)由初始的“淬火壓力”定義。

接著，他們將Hg1223樣品放入處于淬火壓力下的金剛石壓砧室，在4.2開爾文的淬火溫度下快速釋放壓力。這種快速減壓能確保材料被困在亞穩(wěn)態(tài)中。

最后，研究人員以最小的擾動將壓力淬火后的樣品從金剛石壓砧室取出，在常壓下用不同探針在砧外對其進行表征。

壓力淬火方法首先將超導體置于金剛石壓砧室中（左圖）。通過記錄電阻突然降為零的溫度來測量超導轉變溫度。隨著壓力升高，超導轉變溫度也隨之上升（中圖）。通過快速釋放壓力，研究人員可讓樣品保持在亞穩(wěn)態(tài)，該狀態(tài)的超導轉變溫度高于其原始相（右圖）。（圖片來源：L.Deng/University of Houston）

研究人員在不同淬火壓力下測試了多個樣品，所有樣品的超導轉變溫度均高于常規(guī)水平，其中最高達到151開爾文。

邁向室溫超導的重要一步

一個多世紀以來，常壓室溫超導（約300開爾文）一直被科學家視為科研“圣杯”。盡管此次新紀錄與室溫仍有約140攝氏度的差距，但它標志著重要的進展。要實現(xiàn)最終目標，還需要更廣泛的科學界有組織、有意識地共同努力，參與者不僅包括物理學家，還涵蓋材料科學家、化學家和工程師。

#參考來源：

https://www.uh.edu/news-events/stories/2026/march/03102026-ambient-pressure-superconductivity-record.php

https://physics.aps.org/articles/v19/37

https://www.sciencenews.org/article/pressure-superconductor-record-break

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2536178123