2022年11月12日，“科普中国-我是科学家”第42期“未来进行时”现场，中国科学院物理研究所研究员罗会仟带来演讲《保福寺“烧炉工”的超导梦》。
罗会仟演讲视频：
以下为罗会仟演讲实录：
我是来自中国科学院物理研究所的罗会仟，来自北京中关村。明清时候，中关村是太监退休养老等死的地方。太监们为了保佑自己，就在那建了一个保福寺。现在，寺已经不在了，成了平房。平房旁边建起了很多科研院所，其中就有中科院的不少研究所。我们物理研究所是其中一个，所以我号称是保福寺的“烧炉工”。
我的研究方向是高温超导的中子散射研究，关心的是超导材料，所谓超导就是“超级” “导电”。1911年，荷兰莱顿大学的卡末林·昂尼斯发现，金属汞的降温到4.2开尔文时，电阻会从有限值到突然消失，无法测量到了。他就把这个现象叫做“超导”。这个1911年的发现，在1913年就获得了诺贝尔奖。
超导材料最重要的一个特点是，它的电阻是零，而且是绝对的零电阻。常规金属材料，比如铜、铝、金、银、铂等，这些都是导电特别好的金属，它们的电阻率大概是10的-8次方欧姆米的这么一个量级。而超导材料的电阻率至少低于10的-18次方欧姆米。如果能制造出一个特别小的超导环，里面只通1安倍的电流，如此小的电流也需要大概一千亿年才能衰减到0。所以它的电阻可以认为是绝对的零。
电生磁、磁生电，电磁总是在一块的，这是初中就学过的知识。因此除了零电阻现象之外，超导材料还会产生特殊的磁现象。1993年，德国的迈斯纳发现它有一个特别神奇的磁性质，即当超导材料降低到足够低的温度时，它会排斥外磁场，就像下图的小黑块，图中的线条可以理解为磁通线，磁通线会绕着小黑块（超导材料）走，也就是说，超导材料内部的磁感强度也是零，这个现象叫做完全抗磁性。
超导的完全抗磁性｜Wikipedia / CC BY 4.0（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）
超导的第三个特点与热力学相关。超导是一种热力学相变，是一种宏观的量子凝聚态。简单来说，材料内部的电子在微观层面会成对，形成一对对的电子对。这些电子对在低温情况下会抱团，凝聚到特别稳定的状态，这个状态就叫做量子凝聚态。假设电子像一个单翅膀的蜜蜂，一只蜜蜂有左翅膀，另一只有右翅膀，单只是飞不起来的。但是如果有左翅膀的蜜蜂和有右翅膀的蜜蜂抱成了一对，向同一个方向飞，就可以飞起来，形成没有阻碍的电子对运动，这就是超导基本的微观物理图像。
超导基本的物理图像｜李政道授意、华君武漫画（孙静重绘）
有了超导的基本物理图像后，可以实现很多神奇的现象。在电影《阿凡达》中有一座悬浮在天空中的大山。之所以可以悬浮是因为山里贮藏着神奇的矿石，这些矿石就是室温超导矿石。这种悬浮就是超导磁悬浮，不需要科幻，在现实中就可以实现。
超导磁悬浮｜phys.org及supraconductivite.fr
进一步说，如果做一个与高铁轨道相似的磁轨道，我们就可以把超导的小块，给悬浮起来。甚至也可以安装一个机关，控制这些悬浮小块的运动速度，来一场“超导追逐赛”。
超导量子驱动磁悬浮追逐赛 | 原力超导公司提供视频
超导材料并不罕见，事实上它们很常见。从1911年发现超导材料至今，一百多年的历史，发现了一万多种超导材料，元素周期表中有很多都是超导材料。而整个人类历史上发现的无机化合物大概也就几十万种而已。我们更关心的是，这么多不同种类的超导材料是否能为人类所用。不同材料的参数不一样，所以我们希望超导材料的超导温度不要像金属汞那么低，希望它可以尽量高一点，这样可以节省降温成本和难度，才能实现大面积应用。
但是很遗憾，目前已知的绝大部分超导体它的超导温度都是低于40开尔文的。40开尔文是常规超导温度的理论上限，但科学家仍孜孜不倦地探索，找了新超导材料来突破极限。目前找到两个家族的超导材料，主要是铜氧化物和铁基超导体，它们的超导温度是可以超过40开尔文的，因此被叫做高温超导材料。
“高温”到底有多高？其实也没有很高，铜氧化物最高的超导温度记录是135开尔文，相当于零下138摄氏度。铁基超导块体的最高超导温度是55开尔文，相当于零下200多摄氏度，都是非常非常低温的，而这就意味着，更低温的常规超导想要在现实世界中大规模应用，需要消耗很多能量去给超导材料降温，这将会是很大的成本。
因此，高温超导材料是非常重要的。
上世纪80年代，第一类高温超导材料被发现。发现者是瑞士IBM公司的两个员工，1986年，他们发现铜氧化物的超导可以达到临界温度35开尔文的高温。这两个瑞士人也因此获得了1987年的诺贝尔物理学奖。我们华人科学家在高温超导领域的研究也是非常厉害的。1987年，中国物理学家赵忠贤、华人物理学家朱经武和吴茂昆独立地发现了在镧钡铜氧材料里面换一种元素钇，它超导的温度可以达到93开尔文，突破了液氮温区。这意味着，这种材料利用液氮制冷就可以用，制冷的成本和难度都大幅降低。
2008年，中国在铁基超导研究领域也做出了非常重要的贡献，发现了很多铁基高温超导材料，下图中每一个小红点都是我们中国人贡献的。不仅如此，很多高温超导的物理方面的研究也是由中国人首次开展的。当时Science期刊也重点报道说，新超导体把中国物理学家推向了世界最前沿，这也是我亲身经历的。
