超導體制造高效電子產品，但使它們工作所需的超低溫和超高壓成本高昂且難以實施。室溫超導體有望改變這種狀況。

羅切斯特大學的研究人員最近宣布了一種新材料，該材料在室溫下是超導體，盡管在高壓下，如果得到證實，這是一個令人興奮的發展。如果這種材料或類似材料可靠地工作並且可以經濟地大規模生產，它可能會徹底改變電子產品。

室溫超導材料將爲實際應用帶來許多新的可能性，包括超高效電網、超快和節能計算機芯片，以及可用於懸浮火車和控制聚變反應堆的超強磁體。

超導體是一種可以傳導直流電而不會遇到任何電阻的材料。電阻是阻礙電流流動的材料的特性。傳統的超導體必須冷卻到極低的溫度，接近絕對零。

近幾十年來，研究人員开發了所謂的高溫超導體，只需將其冷卻至零下 10 華氏度（零下 23 攝氏度）。

雖然比傳統超導體更容易使用，但高溫超導體仍然需要特殊的熱設備。除了低溫之外，這些材料還需要非常高的壓力，比大氣壓力 14.6 磅/平方英寸（1 巴）高 167 萬倍。

顧名思義，室溫超導體不需要特殊設備來冷卻。它們確實需要加壓，但只需要加壓到大氣壓的 10,000 倍左右。這種壓力可以通過使用堅固的金屬外殼來實現。

使用超導體的地方

超導電子是指使用超導材料實現極高水平的性能和能效的電子設備和電路，比最先進的半導體設備和電路要好幾個數量級。

超導材料沒有電阻，這意味着它們可以支持高電流，而不會因電阻而損失任何能量。這種效率使超導體在電力傳輸方面非常有吸引力。

公用事業供應商 Commonwealth Edison安裝了高溫超導輸電线路並展示了爲芝加哥北部供電的技術，試用期爲一年。與傳統銅线相比，升級後的超導线可以承載 200 倍的電流。

但維持當今超導體所需的低溫和高壓的成本使得在大多數情況下即使這種效率提高也不切實際。

因爲超導體的電阻爲零，如果將電流施加到超導回路中，除非回路斷开，否則電流將永遠持續下去。這種現象可用於制造大型永磁體的各種應用。

今天的磁共振成像機使用超導磁體來達到幾特斯拉的磁場強度，這是精確成像所需要的。相比之下，地球磁場的強度或通量密度約爲 50 微特斯拉。

1.5 特斯拉 MRI 機器中的超導磁體產生的磁場比地球產生的磁場強 30,000 倍。

掃描儀使用超導磁體產生磁場，使患者體內的氫原子核對齊。這個過程與無线電波相結合，產生用於 MRI 檢查的組織圖像。磁鐵的強度直接影響 MRI 信號的強度。與 3.0 特斯拉機器相比，1.5 特斯拉 MRI 機器需要更長的掃描時間才能創建清晰的圖像。

超導材料從自身內部排出磁場，這使它們成爲強大的電磁鐵。這些超級磁鐵有可能使火車漂浮起來。超導電磁體產生 8.3 特斯拉的磁場——超過地球磁場的 100,000 倍。

電磁鐵使用 11,080 安培的電流來產生磁場，超導线圈允許高電流流動而不會損失任何能量。日本的山梨縣超導磁懸浮列車懸浮在其導軌上方 4 英寸（10 釐米）處，並以高達 311 英裏/小時（500 公裏/小時）的速度行駛。

超導電路也是一種很有前途的量子計算技術，因爲它們可以用作量子比特。量子比特是量子處理器的基本單元，類似於經典計算機中的晶體管，但比它更強大。D-Wave Systems、谷歌和 IBM 等公司已經構建了使用超導量子比特的量子計算機。

盡管超導電路可以制造出很好的量子比特，但它們對制造具有大量量子比特的量子計算機提出了一些技術挑战。一個關鍵問題是需要將量子位保持在非常低的溫度下，這需要使用稱爲稀釋制冷機的大型低溫設備。

室溫超導體的前景

室溫超導體將消除許多與操作基於超導體的電路和系統的高成本相關的挑战，並使它們更容易在現場使用。

室溫超導體將爲下一代計算機和低延遲寬帶無线通信實現超高速數字互連。它們還將爲生物醫學和安全應用、材料和結構分析以及深空射電天體物理學提供高分辨率成像技術和新興傳感器。

室溫超導體意味着核磁共振成像的運行成本會大大降低，因爲它們不需要液氦冷卻劑，而液氦冷卻劑既昂貴又供不應求。據我估計，電網的能效將比現在的電網至少高 20%，每年可節省數十億美元。

磁懸浮列車可以以更低的成本運行更遠的距離。計算機運行速度會更快，功耗會降低幾個數量級。量子計算機可以構建更多的量子比特，使它們能夠解決當今最強大的超級計算機無法解決的問題。

電子學這個充滿希望的未來能否實現以及多快實現，部分取決於新型室溫超導材料能否得到驗證，以及能否經濟地大規模生產。

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