随着城市的发展，许多大城市地下管网繁多，地下各类管（隧）道错综复杂，电缆敷设的空间非常有限。采用传统电缆安装敷设的难度也越来越大，且安装维护成本都将大幅提升，利用现有排管或电缆隧道以高温超导电缆取代现有的常规电缆，可以成倍提升地下电网输电容量，很好地解决负荷的增长和地下空间有限之间的矛盾。

7月12日，《自然》杂志刊登中山大学王猛教授团队与其他单位合作的成果：首次发现液氮温区镍氧化物超导体。这是由中国科学家首次率先独立发现的全新高温超导体系，是人类目前发现的第二种液氮温区非常规超导材料，是基础研究领域“从0到1”的重要突破，将有望推动破解高温超导机理，使设计和预测高温超导材料成为可能，在信息技术、工业加工技术、超导电力、生物医学和交通运输等领域，实现更广泛的应用。

什么是高温超导和高温超导体？

高温超导是一种物理现象，指一些具有较其他超导物质相对较高的临界温度的物质在液态氮的环境下产生的超导现象。表现出高温超导性的物质称为高温超导体。氧化铜称为氧化铜高温超导体。高温超导体是超导物质中的一种族类，具有一般的结构特征以及相对上适度间隔的铜氧化物平面。它们也被称作铜氧化物超导体。此族类中一些化合物中，超导性出现的临界温度是已知超导体中最高的。

铜氧化物超导体在实验上是由卡尔·米勒及约翰内斯·贝德诺尔茨首度发现，不久两人的研究成果即受到1987年诺贝尔物理学奖的肯定。1987年，来自台湾的美国物理学家吴茂昆和朱经武在钇钡铜氧系材料上把临界超导温度提高到90K以上，液氮的“温度壁垒”（77K）也被突破了。

根据权威的科学引文索引数据库Web of Science，由吴茂昆为第一作者（共同作者包括休士顿大学朱经武）的论文"Superconductivity at 93 K in a new mixed-phase Y-Ba-Cu-O compound system at ambient pressure"自1987年3月于美国物理学会期刊《物理评论快报》发表以来自2018年已获期刊论文引用超过五千多次，这篇史上第一次超越液态氮沸点“温度壁垒”（77K,绝对零度以上摄氏77度）而将超导温度从30K提升到90K（摄氏零下183度）以上的研究突破自1911年后七十多年的物理学研究瓶颈，为临界温度高于77K的材料称为高温超导体下了定义，不但于当年获瞩目，也被指为超导体领域30年来最重要的先驱之一，吴茂昆团队的发现对尔后超导体的科学与商业应用颇具影响。

1987年底，铊－钡－钙－铜－氧系材料又把临界超导温度的记录提高到125K。从1986年－1987年的短短一年多的时间里，临界超导温度提高了近100K。之后，科学家不断的发现新的超导材料，比如铜氧化物超导体，铁基超导体等，也发展出多种理论来解释超导现象形成的原理。简而言之，超导体在温度低于临界温度时，电阻率会变为0，并出现完全抗磁性。

自20世纪90年代以来。美国、欧洲、日本、中国和韩国等国家和地区都相继开展了高温超导电缆的研究。2000年以来，关于高温超导电缆研究的重点主要集中在交流输电电缆上，电缆的主体绝缘也主要为冷绝缘的形式。目前，高温超导电缆已基本完成实验室验证阶段，逐步开始进入了实际应用。

和传统电力电缆相比较，超导电缆具有损耗低、传输容量大、电缆体积小、系统安全稳定性强等优点，冷绝缘高温超导电缆间相互电磁影响和热场影响较低，具有稳定的载流能力，在人口密集的大城市地下电缆系统或特定大容量输电应用中具有很大的发展前景。

2015年，物理学者发现，硫化氢在极度高压的环境下(至少150GPa，也就是约150万标准大气压)，约于温度203K （-70°C）时会发生超导相变，是目前已知最高温度的超导体。

北京时间2023年7月12日晚上11点，《自然》杂志（Nature）刊登中山大学王猛教授团队主导的科学成果：首次发现液氮温区镍氧化物超导体。这是中国科学家在全球率先发现的全新高温超导体系，是人类目前发现的第二种液氮温区非常规超导材料，是基础研究领域“从0到1”的突破，将有望推动破解高温超导机理，使设计和预测高温超导材料成为可能，实现更广泛更大规模的产业化应用。

液氮温区镍氧化物超导体究竟有多牛？

说起超导很多人都觉得很玄幻，但其实它距离我们的生活并不遥远。很多人都好奇，我国最新发现的液氮温区镍氧化物究竟有什么独特优势，毕竟此前美国科学团队才刚发现的室温超导，似乎从明面上来看室温超导要更加先进一些，更具实用性一些。但事实真的如此吗？魔方看来，显然不是！

首先，从超导的机理来说。1911年的时候昂内斯改进了制冷设备，从而意外发现汞的电阻会在4.2K时突降为0，经再三确认汞成为了人类发现的第一个超导体，从此打开超导的大门。而按照超导体的Tc值是否超过40K，除了此前发现的低于20K的超导体，专家逐渐发现还有一类如铜基超导和铁基超导的超导体，于是它们被称为高温超导体。

超导体有很多，按照不同的分类方法也可以有很多方式，但从本质上来说，其实美国的室温超导和我国的高温超导都属超导体。而相较之下，一个是要在1万个大气压下实现，一个则是在14GPa压力下实现，两者相比似乎我国科学家的研究才更胜一筹。

其次，从我国最新发现的液氮温区镍氧化物超导体实证角度来说，其实也更具科学性。在1986年发现铜氧化物超导后，国内外很多科学家就都在尝试价如何将超导温度提升到液氮温区，也就是达到77开尔文，即零下196℃的条件，由于液氮的廉价和易得，也确实推动了铜氧化物高温超导的现实应用。

紧接着，2008年的时候，日本科学家又在铁砷基材料中发现了超导现象，它的临界温度超过40K，但尽管已经块材超导温度提高到55K，但终究还是没有进入液氮温区。同样地，2019年美国斯坦福大学团队发现的在Nd0.8Sr0.2NiO2薄膜材料中能实现镍离子接近+1价，而电子排布则和+2价铜离子相近。但是实验证明仅仅能实现20K以下的超导性，而压力调控下则从未超过40K，这意味着它也未进入液氮温区。

如此多的实验研究都未成功，这近40年来一直都没有突破，而中国科学家恰好就发现了这一高温超导材料，自然无论从验证其性质层面，还是从实证层面都更具说服力。

最后，从部分网友质疑的“不具备实用性”角度来说。确实，目前铜氧化物材料的高温超导性质更稳定，也更能在实际工业生产中运用。但是镍氧化物完全超出传统预期，它和铜氧化物完全不同却拥有相似的超导性，若是能以此确定高温超导的关键因素推动高温超导机理的破解，那么未来也就能利用计算机、AI技术等发现更多高温超导材料，从而推动更广泛的实际应用。

况且，目前既然已经发现了该材料的超导机理，那么只需要假以时日进行更深入的研究攻关，那么无论是研究出常压下达到液氮温区超导的镍氧化物超导体，还是对于实际工业生产应用其实都会有突破性的进步。试问，这样造福全人类的贡献，还能说它只是停留表面吗？

耗时三年，终有开创性发现

超导材料具有绝对零电阻、完全抗磁性和宏观量子隧穿效应的特殊性质，因此具有重要的科学和应用价值，在该领域已产生了5个诺贝尔奖。

团队负责人王猛教授介绍，团队耗时三年半，依托中山大学物理学院公共科研平台，通过不断努力成功生长了镍氧化物La3Ni2O7单晶，随后在中山大学高压实验研究平台以及华南理工大学、中国科学院物理研究所、北京同步辐射装置开展实验研究，很快在实验上确定了此单晶材料能够在压力下实现超导，转变温度达到液氮温区，高达80K。这是继铜氧化物高温超导体后，另一个完全不同体系的高温超导体。

“本次发现高温超导的镍氧化物，镍的价态为+2.5价，远离人们此前认为容易出现超导电性的正1价，超出此前理论预期。其电子结构、磁性与铜氧化物完全不同，通过比较研究，有可能推动科学家破解高温超导机理。”王猛教授介绍，“根据机理，有望与计算机、AI技术等学科交叉后，设计、合成新的更多的更容易应用的高温超导材料，实现更加广泛的应用。”

该发现得到了《自然》杂志审稿人的高度评价，认为它“具有突出重要性”“是开创性发现”。该发现在审稿阶段于科研论文预印平台公布后，迅速受到全球超导领域研究人员广泛关注和跟进研究，在一个月左右的时间里已有十余篇相关理论和实验工作相继公布。

本工作由中山大学物理学院教授王猛领导完成。中山大学物理学院副研究员孙华蕾、博士研究生霍梦五为论文的共同第一作者，王猛和清华大学教授张广铭为论文共同通讯作者。

实验方面，团队得到华南理工大学唐玲云、毛忠泉，中国科学院物理研究所程金光团队，美国亚利桑那州立大学博士韩艺丰支持；理论方面中山大学教授姚道新和博士研究生胡训武开展了基于密度泛函理论的材料结构和能带计算，清华大学张广铭教授提出了一个理解实验和计算结果的物理图像。