走向“高温超导”新境界（砥砺奋进的5年·中国温度）

高温超导技术是中国航天科技集团公司“高速列车”项目的核心技术之一。这张照片是相关视频的截图。(Baidu.com)

中国航天科技集团公司最近向外界披露的“高速飞行列车”时速高达4000公里，真是惊人。虽然每个人都很惊讶，但他们对应用于它的技术非常感兴趣。“高速列车”首席技术官毛凯通过媒体介绍了相关技术。他指出，高温超导磁悬浮技术是列车飞行的核心秘密。事实上，利用这一技术，西南交通大学国家重点实验室已经建立了一条环形高速磁悬浮试验线，高温超导磁悬浮车辆可以在这条试验线上以高达1000公里/小时的速度运行。

上海磁悬浮列车和长沙磁悬浮列车是众所周知的靠电悬浮的列车，而中国航天科工集团正在开发的“高速飞行列车”和西南交通大学的“高温超导磁悬浮列车”采用高温超导技术实现悬浮，为减小摩擦、实现高速运行奠定了基础。因此，高温超导技术的发展水平制约着“高速飞行列车”和“高温超导磁悬浮列车”的发展和应用。

高温超导中的“高温”与零下270摄氏度的低温超导有关。这里的“高温”实际上是我们通常意义上的超低温度，甚至达到-196摄氏度液氮的温度。

超导是20世纪最伟大的科学发现之一。它是指当温度下降到某一临界温度或低于超导转变温度时，某些材料的电阻突然消失。具有这种特性的材料被称为超导体。超导体的独特特性使其有可能广泛应用于各个领域。然而，由于早期超导体在极低的液氦温度下的存在，超导材料的应用受到很大限制。人们一直在探索高温超导体。20世纪80年代中后期，以赵忠贤为代表的中国科学家参加了国际高温超导体竞赛。他带领实验小组在钇钡铜氧中找到了临界转变温度为93K(-180摄氏度)的超导体，实现了世界级的突破，从-268.8摄氏度的液氦温度到-196摄氏度的液氮温度，这意味着制冷难度和成本大大降低。这一成果为赵忠贤赢得了1989年国家自然科学奖一等奖。

日本科学家发现铁基超导体后，赵忠贤带领团队将超导临界温度提高到麦克米兰极限，显著超过40K(-233℃)，并创下大型铁基超导体最高临界温度55K(-218℃)的纪录。2013年，赵忠贤因“40K以上铁基高温超导体的发现和一些基本物理性质的研究”获得国家自然科学奖一等奖。2015年，赵忠贤获得了重要的国际超导奖——马蒂亚斯奖。2017年1月，他因在超导领域的杰出贡献获得2016年国家最高科学技术奖。

近年来，中国科学家在高温超导领域取得了一系列突破。清华大学和中国科学院物理研究所的研究小组发现，只有一个原子层的FeSe薄膜具有65K(-208摄氏度)以上的超导性。在上海交通大学、复旦大学和北京大学等研究团队的推动下，发现这种超导性可能源于界面效应，也可能发生100K(-173摄氏度)以上的高温超导性。2014年，吉林大学的研究人员从理论上预测，一种化合物在高压下可以达到191千(-82摄氏度)的高温超导性，这将打破164千(-109摄氏度)的临界温度记录。

利用迄今发现的高温超导材料，开发满足生产和生活需要的相关设备，使超导技术尽快造福人类，是中国科学家的一个重要方向。2017年3月和5月，第一台基于国产YBCO超导带材的国产高温超导发电机进行了测试。电机运行良好，各项指标均达到国家标准测试的预期值。该发电机由中国科学院电气工程研究所和上海电气集团上海电气厂有限公司共同开发，由电机高温超导带材缠绕而成的跑道线圈结构的运行温区为77K(-196摄氏度)

为了寻找性能更好的新型超导材料，科技部发布的“十三五科技创新专项规划”明确将高温超导材料列为重点内容之一。寻找室温超导体，即室温下零电阻的导体，是包括中国科学家在内的世界科学界共同努力的方向。这种超导体将给社会生产和生活的许多领域带来根本性的变化。多年来，中国超导科技工作者勇敢地攀登高峰，在世界超导科技竞赛中表现出色。正如《科学》杂志在一篇名为《新超导体将中国物理学家推向前沿》的文章中所说，研究成果的洪流表明中国已经成为凝聚态物理的强国。