室温超导是什么？它对我们普通人的生活有啥影响吗？

也行，趁机给大众科普一下到底啥是超导吧。

超导是最典型的宏观量子效应。顾名思义，就是在人类生活的宏观尺度上发生的，只能用量子力学才能解释的效应。

相信这两天已经都看过那种科普视频了，最典型就是一块钇钡铜氧（YBCO）的陶瓷片，在液氮里泡一泡，拿出来就能在一根磁性轨道上自由滑动。更重要的是，这个陶瓷片离轨道的距离和方向，一开始你的手把它放在哪，它就会一直待在那个高度，而不会在运动过程中发生改变。而且跟磁性轨道的南北极方向也无关，把轨道翻个面，结果也一样。

考虑超导块重力不变的情况下，同一根磁性轨道对超导体的作用既可以是排斥力（在轨道上方），也可以同时是吸引力（在轨道下方），并且还与空间位置无关（距离远近都能稳定不动）。经典牛顿力学和电磁学中都不可能假定出如此怪异的力的形式，这是量子力学特有的。

为什么会这样？是因为超导是最理想的抗磁体，也就是当磁性物质的磁感线穿过时，会被完全排开。

宇宙中大多数物质都是抗磁的，比如金银铜等良金属，大多数有机物，甚至包括我们人自己。但这些物质的抗磁性都很弱，比超导至少弱五六个数量级。也就是说，如果我们脚下有一个足够足够强的磁场，那么我们也能够浮起来，与超导块一样。但磁场其实是一个能量很弱的场，所以这个足够强并不成立。只有像超导那样的完美抗磁性，才能在普通的磁场下浮起来。

磁是超导的主要应用场景。众所周知的是磁悬浮。另一个典型应用是超导磁体。因为超导的完全抗磁性是来源于其无耗散的超导电流，所以把超导做成线圈，就能达到最理想的电磁感应，没有任何热量损耗。目前的所有强磁场都需要用超导线圈来实现，比如民用的核磁共振，以及磁约束核聚变等。

既然是要做超导线圈，那么材料就必须要有足够的韧性，能够拉得尽可能细。这也是高温超导一直无法用上的原因。因为像YBCO这种典型的高温超导体，都是脆性的陶瓷片，很难加工成超导线材。目前民用上面最常用的是金属铌的化合物，转变温度大约10几K吧。超导量子计算则主要用铝，转变温度1K左右。

所谓室温超导，从应用角度讲还是一个噱头。人类目前的制冷技术其实没有那么难，一台稀释制冷机也就百来万。但是很多稀有的超导材料那价格吧，比如这次这个镥，实验室用那一点还行，要压成一整片陶瓷来做演示，估计就得六位数起步了，更不用讲铺开来大规模民用。

至于有一些科普老喜欢讲的什么零电阻效应可以用来远距离输电啦，这就太外行。零电阻就意味着没有电压，正常来说是没办法注入电流的，必须升温到正常金属相才能激励起电流。另外，超导相有临界电流，也就是能承受的最大电流，过了就不超导了，一般这个电流都不大。

超导早在五十年代，就由Bardeen, Cooper和Schrieffer解释清楚了，这就是BCS理论。今天的高压超导，它的机理没有超出BCS理论的解释范畴。

唯一一次对BCS理论构成挑战的，是80年代铜氧化物高温超导出来以后。这里的高温是指超过液氮温度的77K，当然也有认为这个高温应该是指BCS理论能够解释的极限温度39K，即麦克米兰极限。但这个极限是在不考虑压力的情况下讨论的，加了压力，极限温度自然就升高了。

但是请注意，所谓挑战BCS理论，并不是挑战BCS理论的主体框架。那个框架对目前发现的所有超导体都适用。挑战的是BCS理论附属的配对机制。

简单来说，就是BCS当年在探讨超导普适原理时，并没有故意假定电子因为什么原因配对。在假定电子会配对的情况下，超导的所有现象都能得到完美解释。为了补全这个解释框架，所以提出了利用声子作为媒介来参与配对。那么把声子推到极限，就可以得到麦克米兰极限。

高温超导实际上是挑战了这个声子诱导的配对机制。目前常见的解释包括自旋涨落导致的配对、共振价键理论、自旋电荷分离等。不论哪种理论，反正公认的是存在强关联效应。实际上，这些机制可能在不同体系当中都是存在的，本身可能也没那么重要。

至于室温超导，搞大新闻的意义更大一些。从宇宙普适理论的角度，地球的温度区间也没什么特别的地方，只要你不坚持人择原理的话。从应用角度来讲，如果不能在地球上便宜的、易加工的材料当中发现室温超导，那显然还是制冷的成本更低。

而金刚石对顶砧技术下的高压超导，我个人以为，那个温度本身就是一个假的温度，是不是室温意义没那么大。在那样的金刚石包裹和压力下，热平衡原理本身都要打个大问号，加上材料尺寸那么小，还能不能有效定义温度都是问题，拿环境温度去讲超导温度，本身就不对。