原標題：電影中的懸浮山在現(xiàn)實中會存在嗎？ 超導磁懸浮是如何實現(xiàn)的？

 

　　1911年4月8日，荷蘭科學家�？�·卡末林·昂內斯發(fā)現(xiàn)超導現(xiàn)象�？茖W家從此打開了一個奇異世界的大門。2009年，一部科幻電影《阿凡達》讓超導景象深入普通公眾。電影里，神秘潘多拉星球 特色景致之一，莫過于那一座座懸浮著的哈利路亞山，掛在朵朵白云間的飛天瀑布是何等壯美！電影中一種叫作“Unobtanium”的神奇室溫超導礦石懸托起了哈利路亞山。為了掠奪這些奇珍異寶，瘋狂的人類甚至不惜一切代價欲摧毀納威人的家園。然而，現(xiàn)實中是否存在室溫超導體呢？超導磁懸浮又是如何實現(xiàn)的？

 

　　讓專家為你解答吧！


 

　　超導材料

 

　　借助氣、聲、磁、電等外界作用力，只要能抵消重力的影響就可以使物體懸浮�，F(xiàn)實世界中，我們身邊的懸浮現(xiàn)象比比皆是。飛鳥和魚蝦利用空氣或水的浮力、火箭依靠往下劇烈噴射的氣體推力都可以實現(xiàn)懸浮，而超導磁懸浮似乎是 有神秘魅力的。

 

　　那么，究竟什么是超導呢？超導是指某些材料在溫度降到低于某一特定溫度的時候，電阻突然變?yōu)榱愕默F(xiàn)象。這類材料被稱為超導材料，對應發(fā)生超導現(xiàn)象的溫度點就叫作超導臨界溫度。如果你給一個環(huán)形的超導體通上電流并斷開回路的話，電流將持續(xù)不斷地在超導環(huán)里面流動而幾乎不衰減。這是因為材料內部的電子在低溫下已經(jīng)兩兩配對，并且電子對都是步調一致的，從而抵消了運動過程中可能產(chǎn)生的電阻效應。如果將超導體置于磁場環(huán)境下的話，超導感應電流的存在將使得超導體內自動形成一個如“金鐘罩”“鐵布衫”一樣的屏蔽場，有效抵消了外界磁場，導致超導體內磁場為零。這便是超導體的另一種特性——完全抗磁性。完全抗磁性的存在，導致磁力線無法進入超導體內部，超導體對靠近的磁性材料有著強烈的排斥作用，如果排斥力正好抵消重力，磁懸浮也就實現(xiàn)了。
 

　　提出常規(guī)金屬超導理論的美國物理學家巴�。ㄗ螅�、庫珀（中）、施里弗（右）

 

　　其實，超導材料在現(xiàn)實生活中并不罕見，元素周期表中大部分金屬元素單質都是超導體，一些非金屬材料在高壓下也是超導體。遺憾的是，這些超導體的臨界溫度都非�？量�，比如，于1911年發(fā)現(xiàn)的第一個超導體金屬汞的臨界溫度在4開（?269℃），已經(jīng)接近 零度，直到1986年以前， 臨界溫度的超導體是鈮鍺合金（Nb3Ge），僅為23開。要達到如此低的溫度需要依賴昂貴的液氦來制冷，這就為超導實驗帶來了諸多局限，超導用于實際生活更是遙不可及。

 

　　1957年，物理學家巴丁、庫珀和施里弗建立了傳統(tǒng)超導體的BCS理論并成功解釋了金屬單質和合金中的超導現(xiàn)象。理論物理學家據(jù)此預言，超導臨界溫度將不可能超越40開（?233℃）。然而實驗物理學家并沒有放棄對更高轉變溫度超導體的探索。

 

　　功夫不負有心人，1986年，德國科學家柏諾茲和瑞士科學家穆勒在通常認為是絕緣體的鑭鋇銅氧（La-Ba-Cu-O）陶瓷材料中發(fā)現(xiàn)了35開（-238℃）的超導電性，緊接著華人科學家朱經(jīng)武、吳茂坤以及中國科學家趙忠賢等人發(fā)現(xiàn)了具有93開（?180℃）超導的釔鋇銅氧（Y-Ba-Cu-O）體系。最終這類銅氧化物超導體 臨界溫度提高到了165開（?108℃）附近，從而被稱為高溫超導體。高溫超導體的臨界溫度邁入了液氮溫區(qū)，大大降低了研究和應用的成本。然而人們很快發(fā)現(xiàn)這種高溫超導材料具有陶瓷特性因而存在可塑性差、臨界電流密度低等先天缺陷，而且其超導微觀機理比常規(guī)金屬超導體要復雜得多，至今人們也沒有一致的認識。

　　用超導磁發(fā)射太空飛船（設計圖）

 

　　歷史上，已經(jīng)至少有10位科學家因超導研究獲得了諾貝爾物理學獎。在新超導材料探索和超導機理研究隊伍中，華人的身影越來越多，他們?yōu)槌瑢а芯孔龀隽嗽S多重要貢獻。如今，從合金到氧化物，再到鐵基超導，乃至有機超導材料等，超導的微觀機理都不盡相同，似乎暗示“條條大路通超導”。人們完全有理由相信在不久的將來，科學家有可能發(fā)現(xiàn)臨界溫度在室溫300開（約25℃）附近的室溫超導體。