忘记半导体吧，这才是未来

超导体制造高效电子产品，但使它们工作所需的超低温和超高压成本高昂且难以实施。室温超导体有望改变这种状况。

罗切斯特大学的研究人员最近宣布了一种新材料，该材料在室温下是超导体，尽管在高压下，如果得到证实，这是一个令人兴奋的发展。如果这种材料或类似材料可靠地工作并且可以经济地大规模生产，它可能会彻底改变电子产品。

室温超导材料将为实际应用带来许多新的可能性，包括超高效电网、超快和节能计算机芯片，以及可用于悬浮火车和控制聚变反应堆的超强磁体。

超导体是一种可以传导直流电而不会遇到任何电阻的材料。电阻是阻碍电流流动的材料的特性。传统的超导体必须冷却到极低的温度，接近绝对零。

近几十年来，研究人员开发了所谓的高温超导体，只需将其冷却至零下 10 华氏度（零下 23 摄氏度）。

虽然比传统超导体更容易使用，但高温超导体仍然需要特殊的热设备。除了低温之外，这些材料还需要非常高的压力，比大气压力 14.6 磅/平方英寸（1 巴）高 167 万倍。

顾名思义，室温超导体不需要特殊设备来冷却。它们确实需要加压，但只需要加压到大气压的 10,000 倍左右。这种压力可以通过使用坚固的金属外壳来实现。

使用超导体的地方

超导电子是指使用超导材料实现极高水平的性能和能效的电子设备和电路，比最先进的半导体设备和电路要好几个数量级。

超导材料没有电阻，这意味着它们可以支持高电流，而不会因电阻而损失任何能量。这种效率使超导体在电力传输方面非常有吸引力。

公用事业供应商 Commonwealth Edison安装了高温超导输电线路并展示了为芝加哥北部供电的技术，试用期为一年。与传统铜线相比，升级后的超导线可以承载 200 倍的电流。

但维持当今超导体所需的低温和高压的成本使得在大多数情况下即使这种效率提高也不切实际。

因为超导体的电阻为零，如果将电流施加到超导回路中，除非回路断开，否则电流将永远持续下去。这种现象可用于制造大型永磁体的各种应用。

今天的磁共振成像机使用超导磁体来达到几特斯拉的磁场强度，这是精确成像所需要的。相比之下，地球磁场的强度或通量密度约为 50 微特斯拉。

1.5 特斯拉 MRI 机器中的超导磁体产生的磁场比地球产生的磁场强 30,000 倍。

扫描仪使用超导磁体产生磁场，使患者体内的氢原子核对齐。这个过程与无线电波相结合，产生用于 MRI 检查的组织图像。磁铁的强度直接影响 MRI 信号的强度。与 3.0 特斯拉机器相比，1.5 特斯拉 MRI 机器需要更长的扫描时间才能创建清晰的图像。

超导材料从自身内部排出磁场，这使它们成为强大的电磁铁。这些超级磁铁有可能使火车漂浮起来。超导电磁体产生 8.3 特斯拉的磁场——超过地球磁场的 100,000 倍。

电磁铁使用 11,080 安培的电流来产生磁场，超导线圈允许高电流流动而不会损失任何能量。日本的山梨县超导磁悬浮列车悬浮在其导轨上方 4 英寸（10 厘米）处，并以高达 311 英里/小时（500 公里/小时）的速度行驶。

超导电路也是一种很有前途的量子计算技术，因为它们可以用作量子比特。量子比特是量子处理器的基本单元，类似于经典计算机中的晶体管，但比它更强大。D-Wave Systems、谷歌和 IBM 等公司已经构建了使用超导量子比特的量子计算机。

尽管超导电路可以制造出很好的量子比特，但它们对制造具有大量量子比特的量子计算机提出了一些技术挑战。一个关键问题是需要将量子位保持在非常低的温度下，这需要使用称为稀释制冷机的大型低温设备。

室温超导体的前景

室温超导体将消除许多与操作基于超导体的电路和系统的高成本相关的挑战，并使它们更容易在现场使用。

室温超导体将为下一代计算机和低延迟宽带无线通信实现超高速数字互连。它们还将为生物医学和安全应用、材料和结构分析以及深空射电天体物理学提供高分辨率成像技术和新兴传感器。

室温超导体意味着核磁共振成像的运行成本会大大降低，因为它们不需要液氦冷却剂，而液氦冷却剂既昂贵又供不应求。据我估计，电网的能效将比现在的电网至少高 20%，每年可节省数十亿美元。

磁悬浮列车可以以更低的成本运行更远的距离。计算机运行速度会更快，功耗会降低几个数量级。量子计算机可以构建更多的量子比特，使它们能够解决当今最强大的超级计算机无法解决的问题。

电子学这个充满希望的未来能否实现以及多快实现，部分取决于新型室温超导材料能否得到验证，以及能否经济地大规模生产。