室温超导不再是梦？新研究称理论上可行

超导材料，这一被誉为具有革命性意义的物质，在医疗保健、能源传输乃至量子计算等多个领域展现出了巨大的应用潜力。然而，一个显著的障碍限制了其广泛应用：超导材料仅在接近绝对零度的极低温度下才能展现超导特性。这一限制促使科学家们长期以来致力于开发能够在室温下工作的超导材料，但一个核心问题始终悬而未决：超导性是否存在一个不可逾越的温度上限？

解答这一问题对于判断室温超导体的可行性至关重要。如果确实存在一个低于室温的理论上限，那么实现室温超导体的梦想将从根本上破灭。近日，伦敦玛丽女王大学的研究团队取得了突破性进展，他们的最新研究成果揭示了影响超导温度上限的关键因素，并界定了超导性可能达到的最高温度范围。

研究团队深入探讨了基本物理常数在超导现象中的作用，这些常数包括电子质量、普朗克常数（h）、电子电荷以及精细结构常数（α）。这些常数在诸多自然现象中发挥着决定性作用，从原子稳定性到恒星形成，再到生命必需元素的合成，无一不受到它们的影响。在固体材料中，原子因热能而围绕固定位置振动，这种振动的速度取决于键强度和原子质量，而这两者又受到量子力学和电磁学的制约，而这两大学科的基础正是这些基本常数。

通过对基本常数如何影响原子间相互作用的分析，研究团队发现，这些常数对固体材料中原子振动的速度设定了严格的上限。这意味着声子——即材料中原子的集体振动——的频率存在一个最大值。在众多超导材料中，声子在电子配对（库珀对）过程中扮演着关键角色，是实现超导性的基础。声子的频率直接影响这种配对的强度，进而决定了超导性能发生的最高温度（TC）。

由于基本常数对声子频率设置了上限，它们也相应地限制了超导材料中TC的上限。研究团队指出：“超导温度TC的上限与电子质量、电子电荷以及普朗克常数等自然的基本常数密切相关。”

利用这些基本常数，研究团队确定了超导性可能存在的温度范围为100开尔文至1000开尔文，这一范围涵盖了标准室温值，即20至25摄氏度。这一发现意味着，在理论层面，室温超导是可能的。

“鉴于我们宇宙的常数，室温超导在理论上的可行性令人振奋。”研究人员表示，“这一发现激励我们继续探索、实验，并努力突破可能的边界。”他们强调，这一研究结果已经得到了另一项独立研究的验证。

该研究已在《物理学杂志：凝聚态物理》上发表，为超导材料的研究开辟了新的方向，也为未来室温超导材料的开发奠定了理论基础。