復(fù)旦大學(xué)趙俊團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)新型高溫超導(dǎo)體

近期，復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系趙俊教授團(tuán)隊(duì)在超導(dǎo)材料研究領(lǐng)域取得了重大突破。他們利用高壓光學(xué)浮區(qū)技術(shù)，成功生長(zhǎng)了三層鎳氧化物L(fēng)a?Ni?O??的高質(zhì)量單晶樣品，并證實(shí)了這種材料在特定條件下具有壓力誘導(dǎo)的體超導(dǎo)電性，其超導(dǎo)體積分?jǐn)?shù)高達(dá)86%。這一發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著又一新型高溫超導(dǎo)體的誕生，為超導(dǎo)材料的研究和應(yīng)用開(kāi)辟了新的道路。

研究背景與意義

超導(dǎo)體是一種在特定轉(zhuǎn)變溫度之下電阻為零且呈現(xiàn)完全抗磁性的材料。它們具有極高的應(yīng)用價(jià)值，能夠廣泛應(yīng)用于電力傳輸和儲(chǔ)能、醫(yī)學(xué)成像、磁懸浮列車、量子計(jì)算等領(lǐng)域。然而，尋找新型高溫超導(dǎo)體一直是科學(xué)界的重要課題，因?yàn)楦邷爻瑢?dǎo)體的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用能夠極大地推動(dòng)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。

鎳氧化物作為實(shí)現(xiàn)高溫超導(dǎo)電性的重要候選材料之一，近年來(lái)備受關(guān)注。然而，在鎳氧化物中實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)電性的條件通常十分苛刻，且超導(dǎo)體積分?jǐn)?shù)往往較低，難以形成體超導(dǎo)電性。

因此，趙俊團(tuán)隊(duì)的這一發(fā)現(xiàn)具有重要意義，它不僅提高了鎳氧化物的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度，還顯著提升了超導(dǎo)體積分?jǐn)?shù)，為鎳氧化物超導(dǎo)電性的研究提供了新的視角和平臺(tái)。

研究成果

趙俊團(tuán)隊(duì)利用高壓光學(xué)浮區(qū)技術(shù)，成功合成了高質(zhì)量的三層鎳氧化物L(fēng)a?Ni?O??單晶樣品。這些樣品在低于超導(dǎo)臨界溫度的條件下表現(xiàn)出了零電阻和完全抗磁的邁斯納效應(yīng)，超導(dǎo)體積分?jǐn)?shù)高達(dá)86%。這一結(jié)果有力證明了鎳氧化物的體超導(dǎo)性質(zhì)，并且其超導(dǎo)體積分?jǐn)?shù)與銅氧化物高溫超導(dǎo)體相近，進(jìn)一步證實(shí)了鎳氧化物作為高溫超導(dǎo)體候選材料的潛力。

研究方法與挑戰(zhàn)

鎳氧化物單晶樣品的生長(zhǎng)條件十分苛刻，需要在特定的高氧壓環(huán)境中保持高溫和尖銳的溫度梯度才能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定生長(zhǎng)。由于成相的氧壓窗口很小，生長(zhǎng)過(guò)程中極易出現(xiàn)多種成分的鎳氧化物層狀共生現(xiàn)象，且容易出現(xiàn)大量頂點(diǎn)氧位置的缺陷。這些因素都可能導(dǎo)致鎳氧化物超導(dǎo)含量低。趙俊團(tuán)隊(duì)通過(guò)不斷嘗試和總結(jié)規(guī)律，最終成功合成了純相的三層La?Ni?O??鎳氧化物單晶樣品。

為了進(jìn)一步研究這種材料的超導(dǎo)性質(zhì)，團(tuán)隊(duì)還開(kāi)展了一系列中子衍射和X射線衍射測(cè)量，精確測(cè)定了材料的晶格結(jié)構(gòu)和氧原子坐標(biāo)及含量。他們發(fā)現(xiàn)這些單晶樣品中幾乎沒(méi)有頂點(diǎn)氧缺陷，這是實(shí)現(xiàn)高超導(dǎo)體積分?jǐn)?shù)的關(guān)鍵。

此外，團(tuán)隊(duì)還利用金剛石對(duì)頂砧技術(shù)，在69GPa壓力下觀察到了La?Ni?O??的壓力誘導(dǎo)超導(dǎo)零電阻現(xiàn)象，進(jìn)一步證實(shí)了其體超導(dǎo)性質(zhì)。

未來(lái)展望

趙俊團(tuán)隊(duì)表示，他們將繼續(xù)聚焦高溫超導(dǎo)領(lǐng)域重大問(wèn)題，探究不同體系高溫超導(dǎo)體的內(nèi)在聯(lián)系和機(jī)理，以期理解和發(fā)現(xiàn)更高性能的高溫超導(dǎo)體。這一發(fā)現(xiàn)不僅為鎳氧化物超導(dǎo)電性的研究提供了新的思路和方法，也為高溫超導(dǎo)材料的應(yīng)用和發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

總之，復(fù)旦大學(xué)趙俊團(tuán)隊(duì)的這一研究成果是超導(dǎo)材料研究領(lǐng)域的重要里程碑，它不僅豐富了我們對(duì)高溫超導(dǎo)機(jī)理的認(rèn)識(shí)，也為未來(lái)超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用開(kāi)辟了新的可能性。

根據(jù)中研普華產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2024-2029年中國(guó)高溫超導(dǎo)行業(yè)深度分析及發(fā)展前景預(yù)測(cè)報(bào)告》顯示：

高溫超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈分為三部分，上游超導(dǎo)原材料，中游超導(dǎo)帶材和部分超導(dǎo)磁體廠商，包括永鼎股份等，下游主要終端設(shè)備廠商，包括聯(lián)創(chuàng)光電等。

當(dāng)前高溫超導(dǎo)技術(shù)由于制冷成本相對(duì)較低，目前商業(yè)化程度相對(duì)較高，主要應(yīng)用是電網(wǎng)、高溫超導(dǎo)感應(yīng)加熱設(shè)備，近兩年緊湊型可控核聚變裝置的加速建設(shè)也對(duì)高溫超導(dǎo)磁體提出更大需求量。

隨著《國(guó)家適應(yīng)氣候變化戰(zhàn)略2035》、《碳排放權(quán)交易管理辦法(試行)》等碳中和政策的密集出臺(tái)，脫碳化進(jìn)程的持續(xù)推進(jìn)，節(jié)能減排成為當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展亟需解決的課題。高溫超導(dǎo)已在金屬加熱領(lǐng)域展現(xiàn)良好的節(jié)能效果，實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。

高溫超導(dǎo)行業(yè)市場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀及未來(lái)趨勢(shì)

一、市場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

技術(shù)突破與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程

高溫超導(dǎo)技術(shù)是21世紀(jì)的高新技術(shù)儲(chǔ)備之一，具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的市場(chǎng)潛力。近年來(lái)，隨著技術(shù)的不斷突破，高溫超導(dǎo)材料的制備和應(yīng)用技術(shù)取得了顯著進(jìn)展。

第二代高溫超導(dǎo)帶材及應(yīng)用產(chǎn)品已在多個(gè)重要領(lǐng)域如風(fēng)電、核聚變、電網(wǎng)、交通、醫(yī)療、軍事、重大科學(xué)工程等領(lǐng)域展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景，并且產(chǎn)業(yè)化落地預(yù)期增強(qiáng)。

市場(chǎng)規(guī)模與增長(zhǎng)

雖然目前全球超導(dǎo)材料市場(chǎng)中低溫超導(dǎo)材料仍占主導(dǎo)地位，但高溫超導(dǎo)材料的市場(chǎng)份額正在逐步擴(kuò)大。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)到2030年，高溫超導(dǎo)材料的占比將提升至25%。

市場(chǎng)規(guī)模方面，據(jù)預(yù)測(cè)，2022年全球超導(dǎo)產(chǎn)品市場(chǎng)規(guī)模約為68億歐元，并有望在未來(lái)幾年內(nèi)持續(xù)增長(zhǎng)。特別是隨著高溫超導(dǎo)技術(shù)的不斷成熟和商業(yè)化應(yīng)用的推進(jìn)，其市場(chǎng)規(guī)模將迎來(lái)大幅度的提升與擴(kuò)張。

應(yīng)用領(lǐng)域

高溫超導(dǎo)技術(shù)在電力傳輸、儲(chǔ)能、電子學(xué)以及高科技領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。例如，在電力傳輸中，超導(dǎo)電纜可以大大減少能量損耗，提高傳輸效率;在儲(chǔ)能方面，超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置可以實(shí)現(xiàn)高效、快速的能量存儲(chǔ)和釋放。

此外，高溫超導(dǎo)技術(shù)還在可控核聚變、磁懸浮列車等領(lǐng)域展現(xiàn)出重要應(yīng)用前景。隨著這些領(lǐng)域?qū)Ω邷爻瑢?dǎo)帶材需求的擴(kuò)大，預(yù)計(jì)其價(jià)格將逐漸降低，進(jìn)而推動(dòng)更廣泛的應(yīng)用。

二、未來(lái)趨勢(shì)

技術(shù)持續(xù)進(jìn)步

隨著科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)對(duì)高溫超導(dǎo)技術(shù)的不斷投入和研發(fā)，未來(lái)將有更多新型高溫超導(dǎo)體被發(fā)現(xiàn)和制備出來(lái)。這些新材料將具有更高的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度和更好的性能穩(wěn)定性，從而推動(dòng)高溫超導(dǎo)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

商業(yè)化應(yīng)用加速

隨著高溫超導(dǎo)技術(shù)的不斷成熟和商業(yè)化應(yīng)用的推進(jìn)，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑦M(jìn)一步拓展。特別是在新能源、智能電網(wǎng)、可控核聚變等前沿領(lǐng)域，高溫超導(dǎo)技術(shù)將發(fā)揮更加重要的作用。同時(shí)，隨著市場(chǎng)規(guī)模的擴(kuò)大和成本的降低，高溫超導(dǎo)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力也將不斷提升。

政策支持與產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同

各國(guó)政府和企業(yè)都在加大對(duì)高溫超導(dǎo)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用支持力度。通過(guò)出臺(tái)相關(guān)政策、建立產(chǎn)學(xué)研用合作機(jī)制等方式，推動(dòng)高溫超導(dǎo)技術(shù)的快速發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。此外，隨著產(chǎn)業(yè)鏈的不斷完善和協(xié)同作用的增強(qiáng)，高溫超導(dǎo)行業(yè)將形成更加完整的產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系。

高溫超導(dǎo)行業(yè)市場(chǎng)正處于快速發(fā)展階段，未來(lái)將在技術(shù)、應(yīng)用和市場(chǎng)等方面展現(xiàn)出更加廣闊的發(fā)展前景。

本報(bào)告由中研普華的資深專家和研究人員通過(guò)長(zhǎng)期周密的市場(chǎng)調(diào)研，參考國(guó)家統(tǒng)計(jì)局、國(guó)家商務(wù)部、國(guó)家發(fā)改委、國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心、行業(yè)協(xié)會(huì)、中國(guó)行業(yè)研究網(wǎng)、全國(guó)及海外專業(yè)研究機(jī)構(gòu)提供的大量權(quán)威資料，并對(duì)多位業(yè)內(nèi)資深專家進(jìn)行深入訪談的基礎(chǔ)上，通過(guò)與國(guó)際同步的市場(chǎng)研究工具、理論和模型撰寫而成。

更多行業(yè)詳情請(qǐng)點(diǎn)擊中研普華產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2024-2029年中國(guó)高溫超導(dǎo)行業(yè)深度分析及發(fā)展前景預(yù)測(cè)報(bào)告》。