颠覆百年认知！美国发现高温超导真相，室温超导有望？

以下文章来源于徐德文科学频道，作者徐德文

铜、银、金竟然也是超导体！

这一颠覆性预测，只是宾夕法尼亚州立大学刘梓葵（Zi-Kui Liu）教授团队一项突破性成果的“副产品”。他们真正发现的，是一条通往高温超导（甚至室温超导）的全新理论路径，为解决能源损耗这一世界级难题带来了新的曙光。这项重磅研究发表在2025年7月18日权威期刊《超导体科学与技术》上。

100多年来，超导（零电阻）现象一直是物理学最诱人的“圣杯”，但它也是最高冷的圣杯。

绝大多数超导体都是“娇气包”，必须在接近绝对零度的极寒中才能工作。这让它们的应用成本高到离谱。为什么？

传统的BCS理论在1957年给出了答案：电子必须两两配对，形成“库珀对”，才能在原子晶格中“丝滑”穿行。但这种配对极其脆弱，温度一高，原子的热振动（声子）就会像熊孩子一样冲过来，把它们强行拆散。

然而，故事在1986年发生了转折。

科学家发现了一类“高温超导体”（比如著名的YBCO），它们在“高达”零下一百多度的“高温”下就能实现超导。这彻底超出了BCS理论的极限。它们是怎么做到的？几十年来，物理学家们吵翻了天，却始终没有一个统一的理论。

它们就像物理学中的“幽灵”，我们知道它存在，却不知道它如何运作。

现在，刘教授团队可能找到了这个幽灵的藏身之处。他们没有一头扎进复杂的库珀对关系中，而是换了一个上帝视角。

他们手里有个神器——密度泛函理论（DFT）。这就像一台超级模拟器，能精确计算出材料中所有电子的“基态”分布。但问题是，DFT只认“独立”电子，它根本“看”不见手拉手的库珀对。

刘教授团队问了一个惊天动地的问题：虽然DFT看不见库珀对，但它能不能看见库珀对留下的痕迹？

他们做了一个绝妙的对比：利用DFT分别计算材料在“正常导电”时（NCC）和“超导”时（SCC）的电子分布，然后将两者相减。

就在这一减法中，奇迹发生了。

一层隐藏的结构显现了出来——直一维隧道（Straight One-Dimensional Tunnels,SODTs）！

这就是超导的秘密通道！

如果说库珀对是电子为了不被散射而手牵手（一种关系），那么SODTs就是材料内部专门为这些“手牵手”的电子开辟的VIP专用高速公路（一种结构）。

这一发现，完美地统一了BCS理论和DFT理论。

但这还没完。这个“高速公路”理论必须回答那个终极问题：为什么YBCO的“高速公路”不怕热，而普通超导体（如铝）的公路却一热就塌？

答案，比想象的更魔幻。

研究团队发现，在铝这样的常规超导体中，SODTs是“裸露”的，它们直接嵌在坚硬的晶格（主体材料）中。当温度升高，晶格剧烈振动时，这条“高速公路”就像在地震中一样，瞬间崩塌。

但在YBCO这样的高温超导体中，SODTs被一个极其精妙的结构保护着。

研究团队将其形容为——“层状浮桥结构”（Layered Pontoon Structure）。

你没看错，就是浮桥。

在YBCO中，这条“电子高速公路”（SODTs）并不建在坚硬的地面上，而是被巧妙地搭建在了一座“浮桥”上。这座“浮桥”与主体材料的连接非常微弱。

当温度升高，主体材料（地面）开始剧烈“地震”时，这座“浮桥”只是随波逐流地跟着起伏，但它吸收了绝大部分的破坏性能量，使得桥上的“高速公路”本身几乎不受干扰，依然保持稳定畅通！

这层“减震保护罩”的存在，就是高温超导的终极秘密！

这一理论完美解释了为什么YBCO能抵抗更高的温度。该团队用此理论，一口气成功验证了包括铝、铅、 MgB2在内的14种常规超导体和1种非常规超导体YBCO。

而文章开头提到的“铜、银、金也是超导体”，正是因为DFT计算出它们体内也存在这种“高速公路”（SODTs），只不过它们的“公路”没有“浮桥”保护，因此临界温度（TC）可能低到难以想象，才一直未被发现。  

这项发现的意义，绝不仅仅是解释了过去。

刘教授团队现在手握的，是一张寻找高温超导体的“藏宝图”。他们正计划利用这个新工具，结合“Zentropy理论”（刘教授的另一项独创理论），从一个包含500万种材料的庞大数据库中，开始系统性地筛选那些拥有“浮桥”结构的潜在超导体。

而他们的最终目标，是希望能找到室温超导体——如果它们存在的话。

我们不再是大海捞针，而是有了精确的导航。室温超导，这个物理学的终极梦想，也许在有生之年，真的能被我们亲眼见证。

参考文献：

Liu Z-K and Shang S-L 2025 Supercond. Sci. Technol. 38 075021. DOI: 10.1088/1361-6668/adedbc