超导，顾名思义就是“超导电性”，其实就是电阻变为0，也就是电流不衰减。我们平时看到的材料都有电阻，所以在电流传输的时候就会发热，也就是说电能就被浪费成了热能。即便是我国目前世界领先的特高压输电技术，也有15%的电能会转化成热能。如果电阻为0的话，就完全不会发热，电流也不会衰减，这是一个巨大的好处。
超导性的发现相当出乎意料。1911 年，荷兰科学家海克·昂内斯（Heike Onnes，1853-1926）做了一个实验，发现汞（Hg）在 4.2 K 时发生突变，电阻突然从有限值降至 0，并且在更低的温度下仍保持在 0。这种行为和大家预测的不一样！大自然不按常理出牌！就这样，超导性意外地闯入了科学领域。
所有材料都会表现出超导性吗？
答案很奇怪，不是。比如铜、银、金等材料，它们在室温下的电阻都很小，但无论温度多低，电阻都不可能降到0。相反，有些材料虽然是绝缘体，但可以通过掺杂或者加压，转变成导体，当温度降到一定程度，最终就变成了超导体。因此，预测一种材料是否具有超导性，目前还是比较困难的。
既然超导有着巨大的优势，那么它在日常生活中是否得到了广泛的应用呢？
很遗憾，没有。如果要列举超导的应用，也可以举出一大堆，比如医院里的核磁共振设备会用到超导磁体，我国正在研发超导磁悬浮列车。但与激光等其他高科技相比，超导的应用就少得多。最明显的就是我们平时家里的电器一般都不会用超导的。如果把输电线换成超导体，固然可以减少热量的损失，但保持低温的代价会比收益高得多，所以并没有大规模使用。
超导除了日常生活之外，在科研、精密测量方面还有许多用途。比如我国的核聚变装置“东方超环”EAST，定位是世界首个全超导托卡马克。为什么全超导呢？因为用磁场约束等离子体需要强电流，如果用常规导线，会严重发热，只有全超导导线才能继续工作。再比如超导量子干涉装置（SQUID），它是目前测量弱磁场最精确的装置，能分辨地球磁场的十亿分之一甚至更低。量子计算机是目前最热门的研究领域之一，它有好几条技术路线，其中最主流的一条就是超导。所以，超导的应用处于潜力巨大但还远远没有被充分发挥的状态。
接下来的问题是，此次引起轰动的室温超导到底是什么？
这是威斯康星大学麦迪逊分校的 Ranga Dias 教授的报告。他说他们使用一种名为 Lu-NH 的材料实现了高达 21 摄氏度（294 K）的超导性，并且只需要 10,000 个大气压。虽然 294 K 比科学家通常谈论的室温 300 K 略低，但也非常接近了。真正有趣的是，它“只需要”10,000 个大气压。为什么这么说呢？
在发现汞在4.2K的超导性之后，人们一直在努力寻找转变温度更高的材料。一个重要的门槛是77K，也就是液氮的温度。低于这个温度，只能用液氦或液氢来冷却，非常昂贵，但高于这个温度，就可以用液氮来冷却，大大增加了它的实用性。很长时间都没有发现这样的材料，人们的热情也就逐渐冷却了。不过，1987年，德国科学家和瑞士科学家穆勒发现一类氧化铜材料是超导的，可以突破这个极限。这在世界范围内掀起了一股热潮，记录不断被打破。其中，中国科学家朱经武、赵忠贤等人做出了巨大贡献。目前这个体系的最高记录已经达到了165K。
有趣的是，40K以上的超导体被称为高温超导体，或者即使不是40K，但结构与40K以上是同一类型，也被称为高温超导体。所以超导是一个室温高于高温的非常神奇的领域！
近年来，继续提高转变温度的努力主要集中在加压上。根据一些理论，对含有轻元素（比如最轻的元素H）的物质加压有利于其表现出超导性。在这方面，也确实取得了不少成果。例如2015年，德国科学家在220万个大气压下，在SH体系中发现了203K的超导性。这是在中国吉林大学马延明、崔天研究组的理论预测下实现的。沿着这条路径，记录被不断刷新到260K。
然而，所有这些实验都需要非常高的压力，通常是数百万个大气压，相当于地球核心的压力甚至更高。在实验室中很难达到这样的压力，更不用说工业应用了。因此，如果迪亚斯所说的 10,000 个大气压就足够了，那确实是一个巨大的突破。
不过迪亚斯的可信度有些值得怀疑，因为他已经犯过两次错误。2017年，他和同事宣布在近500万个大气压下制备了金属氢，并发表在《金属氢试验》杂志上。然而，当他们准备测量金属氢是否超导时，一次误操作损坏了压样品的高压装置金刚石砧，所谓的金属氢样品消失得无影无踪。这是他们的说法，很多人认为很有造假的嫌疑。2020年，他和同事宣布在CSH系统中实现了288K的室温超导，发表在《金属氢试验》杂志上。但在很多人的质疑下，该杂志在2022年撤回了这篇文章，尽管迪亚斯和其他9位作者不同意。如今，他们又在《金属氢试验》上发表了一篇文章。卫星已经第三次发射，质疑声自然不会少。 所以虽然投资界一片疯狂，但学术界还是很冷静的，不管怎样，结果还是要先验证。
当然，我们并不是说这个结果一定是错误的。最有趣的是，10,000 个大气压在实验室中相对容易实现，因此全球应该有许多研究小组日夜工作，试图复制这一结果。归根结底，一切都取决于事实。
如果这个结果属实，会发生什么？我们的生活会天翻地覆吗？
答案很有趣，如果是真的，那必将给超导体的研究带来巨大的推动，不过距离体现在我们的日常生活中还相当遥远。
因为超导的应用需要很多条件，远不止转变温度这么简单，这里大家也可以看出，10000个大气压还是对应用的一个很大的障碍。
另外，还有一些不太明显的限制，比如临界电流密度和临界磁场。超导体只有在电流不太大、外加磁场不太大的情况下，电阻才为零，否则又会变回普通物质。有些材料看上去超导转变温度比较高，但是它们的临界电流密度和临界磁场太低，所以还是没用。这就好比高考，要看多门课的总成绩，如果你太偏科，一门课满分，其他科目没分，那你肯定考不上。
就算温度、电流、磁场等性能都很好，问题还没完，这时候就要考虑材料制备和加工的成本了。比如有些材料就是很脆的陶瓷，很难加工。就算把这些成本压下来，还是有很多维度要考虑，比如怕不怕空气？怕不怕水？尤其重要的，有毒吗？一个材料要同时满足这么多要求，有多难啊！
那么一个奇妙的情况是，虽然我们已经发现了上万种超导材料，但最常用的还是传统的Nb-Ti合金，它的超导转变温度只有9K！它之所以被普遍使用，是因为它的强度、韧性和重复性都很好。此外还有Nb3Sn、Nb3Ge、Nb3Al等，它们的超导转变温度也不超过24K。这说明温度目前还不是最重要的瓶颈，这个产业要发展起来，确实不容易。
最后，我可以稍微说一下超导的原理：它非常复杂，复杂到现在还远远没有被彻底理解。可以确认的是，超导是一种宏观量子现象。也就是说，超导必须用量子力学来理解，用经典力学是完全无法理解的。如果你想了解量子力学，可以看我的科普书《量子信息简明》。我的朋友罗惠乾博士，中国科学院物理研究所研究员，是超导研究的一线工作者，2022年他出版了一本科普书《超导小时代》，详细介绍了超导的过去、现在和未来。如果你想了解更多关于超导的知识，欢迎阅读这本书。
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