美國超導又突破！釘扎力6億噸/立方米，1平方釐米電流1.9億安培

美國高溫超導又有新突破，紐約州立大學布法羅分校已研製出全球性能最高的高溫超導（HTS）導線，1立方米可以產生6.4太牛頓，也就是6.4億噸的釘扎力，1平方釐米的截面就可承載高達1.9億安培的電流，這一突破不僅刷新了世界紀錄，更爲人類駕馭磁力開闢了全新的可能性，這項研究已發表在8月7日《自然-通訊》雜誌上。

布法羅分校一直是高溫超導研究的先驅，更準確地說，該校化學與生物工程系教授阿米特·戈亞爾領導的團隊是這一領域的先驅。目前世界上製造HTS導線的三種技術，雙軸織構基底（RABiTS）技術，LMOe輔助離子束沉積（IBAD）氧化鎂技術，以及納米柱狀缺陷技術，都是由戈亞爾團隊開發的。

該團隊最新的技術是將後兩種技術，也就是IBAD與納米柱狀缺陷結合，利用先進的脈衝激光沉積系統，在稀土鋇氧化銅（REBCO）絲上開發出了新的HTS薄膜。

測試表明，這種HTS導線在所有磁場強度和5K到77K的溫度下，都實現了最高的臨界電流密度和釘扎力。

具體來說，在約-269℃極低溫度和7特斯拉的強磁場，也就是比地球磁場強14萬倍的磁場下，這種超導材料每立方米可以產生高達6.4太牛頓的釘扎力，也就是可以在磁場中穩定起相當於6.4億噸的巨大力量。

你可以想象一下，在一個僅一立方米大小的空間裏，產生足以抵抗6.4億噸重量的力量，這是一個什麼概念？這差不多等於320萬頭地球有史以來最大動物藍鯨的重量，或者是近64000座埃菲爾鐵塔的重量。

同樣在-269℃的極低溫度沒有外部磁場的情況下，這種材料每平方釐米可以傳輸1.9億安培的電流，相當於普通銅線的約10萬倍。在7特斯拉磁場下，也可以傳輸9000萬安培的電流。

即使到了20K，也就是商業聚變裝置的溫度下，也可以傳輸1.5億安培/平方釐米的電流，7特斯拉下爲6000萬安培。

而最令人驚訝的是，它的厚度僅有0.2微米，比人類頭髮的千分之一還要薄。但就是這樣一層超薄的材料，卻可以承載此前HTS導線10倍厚度才能達到的電流密度。

如此強大的性能意味着什麼？它可能會徹底改變我們的能源基礎設施。

比如建造更高效的核聚變反應堆，爲清潔能源的未來鋪平道路。

設計出更強大的粒子加速器，推動物理學前沿的研究。開發新一代磁懸浮列車，實現更快速、更節能的交通方式。

創造超高場強的磁共振成像（MRI）設備，大幅提升醫療診斷能力。

構建超導磁能儲存系統，解決可再生能源的儲存難題。

不過雖然是高溫超導，這項技術還是需要在液氮溫度下才能工作，隨着人類對超導研究的深入，未來我們可能會看到在更高溫度，甚至室溫下工作的超導材料，那時候我們就將掌控更強大的力量，創造出人類文明無限可能的未來。

這項研究爲開放獲取，可以在線下載論文全文。

參考：

Significantly enhanced critical current density and pinning force in nanostructured, (RE)BCO-based, coated conductor. Nat Commun 15, 6523 (2024). doi:10.1038/s41467-024-50838-4