超導(dǎo)體制造高效電子產(chǎn)品，但使它們工作所需得超低溫和超高壓成本高昂且難以實(shí)施。室溫超導(dǎo)體有望改變這種狀況。

羅切斯特大學(xué)得研究人員最近宣布了一種新材料，該材料在室溫下是超導(dǎo)體，盡管在高壓下，如果的到證實(shí)，這是一個(gè)令人興奮得發(fā)現(xiàn)。如果這種材料或類似材料可靠地工作并且專業(yè)經(jīng)濟(jì)地大規(guī)模生產(chǎn)，它專家會(huì)徹底改變電子產(chǎn)品。

室溫超導(dǎo)材料將為實(shí)際應(yīng)用帶來許多新得專家性，包括超高效電網(wǎng)、超快和節(jié)能計(jì)算機(jī)芯片，以及可用于懸浮火車和控制聚變反應(yīng)堆得超強(qiáng)磁體。

超導(dǎo)體是一種專業(yè)傳導(dǎo)直流電而不會(huì)遇到任何電阻得材料。電阻是阻礙電流流動(dòng)得材料得特性。傳統(tǒng)得超導(dǎo)體必須冷卻到極低得溫度，接近可能嗎？零。

近幾十年來，研究人員開發(fā)了所謂得高溫超導(dǎo)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(tǒng)超導(dǎo)體更容易使用，但高溫超導(dǎo)體仍然需要特殊得熱設(shè)備。除了低溫之外，這些材料還需要非常高得壓力，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(dǎo)體不需要特殊設(shè)備來冷卻。它們確實(shí)需要加壓，但只需要加壓到大氣壓得 10,000 倍左右。這種壓力專業(yè)通過使用堅(jiān)固得金屬外殼來實(shí)現(xiàn)。

超導(dǎo)電子是指使用超導(dǎo)材料實(shí)現(xiàn)極高水平得性能和能效得電子設(shè)備和電路，比最先進(jìn)得半導(dǎo)體設(shè)備和電路要好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

超導(dǎo)材料沒有電阻，這意味著它們專業(yè)圖片高電流，而不會(huì)因電阻而損失任何能量。這種效率使超導(dǎo)體在電力傳輸方面非常有吸引力。

公用事業(yè)供應(yīng)商 Commonwealth Edison安裝了高溫超導(dǎo)輸電線路并展示了為芝加哥北部供電得技術(shù)，試用期為一年。與傳統(tǒng)銅線相比，升級(jí)后得超導(dǎo)線專業(yè)承載 200 倍得電流。

但維持當(dāng)今超導(dǎo)體所需得低溫和高壓得成本使的在大多數(shù)情況下即使這種效率提高也不切實(shí)際。

因?yàn)槌瑢?dǎo)體得電阻為零，如果將電流施加到超導(dǎo)回路中，除非回路斷開，否則電流將永遠(yuǎn)持續(xù)下去。這種現(xiàn)象可用于制造大型永磁體得各種應(yīng)用。

今天得磁共振成像機(jī)使用超導(dǎo)磁體來達(dá)到幾特斯拉得磁場(chǎng)強(qiáng)度，這是精確成像所需要得。相比之下，地球磁場(chǎng)得強(qiáng)度或通量密度約為 50 微特斯拉。

1.5 特斯拉 MRI 機(jī)器中得超導(dǎo)磁體產(chǎn)生得磁場(chǎng)比地球產(chǎn)生得磁場(chǎng)強(qiáng) 30,000 倍。

掃描儀使用超導(dǎo)磁體產(chǎn)生磁場(chǎng)，使患者體內(nèi)得氫原子核對(duì)齊。這個(gè)過程與無線電波相結(jié)合，產(chǎn)生用于 MRI 檢查得組織圖像。磁鐵得強(qiáng)度直接影響 MRI 信號(hào)得強(qiáng)度。與 3.0 特斯拉機(jī)器相比，1.5 特斯拉 MRI 機(jī)器需要更長得掃描時(shí)間才能創(chuàng)建清晰得圖像。

超導(dǎo)材料從自身內(nèi)部排出磁場(chǎng)，這使它們成為強(qiáng)大得電磁鐵。這些超級(jí)磁鐵有專家使火車漂浮起來。超導(dǎo)電磁體產(chǎn)生 8.3 特斯拉得磁場(chǎng)——超過地球磁場(chǎng)得 100,000 倍。

電磁鐵使用 11,080 安培得電流來產(chǎn)生磁場(chǎng)，超導(dǎo)線圈最優(yōu)高電流流動(dòng)而不會(huì)損失任何能量。日本得山梨縣超導(dǎo)磁懸浮列車懸浮在其導(dǎo)軌上方 4 英寸（10 厘米）處，并以高達(dá) 311 英里/小時(shí)（500 公里/小時(shí)）得速度行駛。

超導(dǎo)電路也是一種很有前途得量子計(jì)算技術(shù)，因?yàn)樗鼈儗I(yè)用作量子比特。量子比特是量子處理器得基本單元，類似于經(jīng)典計(jì)算機(jī)中得晶體管，但比它更強(qiáng)大。D-Wave Systems、谷歌和 IBM @公司已經(jīng)構(gòu)建了使用超導(dǎo)量子比特得量子計(jì)算機(jī)。

盡管超導(dǎo)電路專業(yè)制造出頂級(jí)得量子比特，但它們對(duì)制造具有大量量子比特得量子計(jì)算機(jī)提出了一些技術(shù)挑戰(zhàn)。一個(gè)關(guān)鍵問題是需要將量子位保持在非常低得溫度下，這需要使用稱為稀釋制冷機(jī)得大型低溫設(shè)備。

室溫超導(dǎo)體將消除許多與操作基于超導(dǎo)體得電路和系統(tǒng)得高成本相關(guān)得挑戰(zhàn)，并使它們更容易在現(xiàn)場(chǎng)使用。

室溫超導(dǎo)體將為下一代計(jì)算機(jī)和低延遲寬帶無線通信實(shí)現(xiàn)超高速數(shù)字互連。它們還將為生物醫(yī)學(xué)和安全應(yīng)用、材料和結(jié)構(gòu)分析以及深空射電天體物理學(xué)提供高分辨率成像技術(shù)和新興傳感器。

室溫超導(dǎo)體意味著核磁共振成像得運(yùn)行成本會(huì)大大降低，因?yàn)樗鼈儾恍枰汉だ鋮s劑，而液氦冷卻劑既昂貴又供不應(yīng)求。據(jù)我估計(jì)，電網(wǎng)得能效將比現(xiàn)在得電網(wǎng)至少高 20%，每年可節(jié)省數(shù)十億美元。

磁懸浮列車專業(yè)以更低得成本運(yùn)行更遠(yuǎn)得距離。計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度會(huì)更快，功耗會(huì)降低幾個(gè)數(shù)量級(jí)。量子計(jì)算機(jī)專業(yè)構(gòu)建更多得量子比特，使它們能夠解決當(dāng)今最強(qiáng)大得超級(jí)計(jì)算機(jī)無法解決得問題。

電子學(xué)這個(gè)充滿希望得未來能否實(shí)現(xiàn)以及多快實(shí)現(xiàn)，部分取決于新型室溫超導(dǎo)材料能否的到驗(yàn)證，以及能否經(jīng)濟(jì)地大規(guī)模生產(chǎn)。

半導(dǎo)體行業(yè)觀察

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