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

 

　　1911年4月8日，荷蘭科學(xué)家�？�·卡末林·昂內(nèi)斯發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象�？茖W(xué)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體呢？超導(dǎo)磁懸浮又是如何實現(xiàn)的？

 

　　讓專家為你解答吧！


 

　　超導(dǎo)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(dǎo)磁懸浮似乎是 有神秘魅力的。

 

　　那么，究竟什么是超導(dǎo)呢？超導(dǎo)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(dǎo)材料，對應(yīng)發(fā)生超導(dǎo)現(xiàn)象的溫度點就叫作超導(dǎo)臨界溫度。如果你給一個環(huán)形的超導(dǎo)體通上電流并斷開回路的話，電流將持續(xù)不斷地在超導(dǎo)環(huán)里面流動而幾乎不衰減。這是因為材料內(nèi)部的電子在低溫下已經(jīng)兩兩配對，并且電子對都是步調(diào)一致的，從而抵消了運動過程中可能產(chǎn)生的電阻效應(yīng)。如果將超導(dǎo)體置于磁場環(huán)境下的話，超導(dǎo)感應(yīng)電流的存在將使得超導(dǎo)體內(nèi)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(dǎo)致超導(dǎo)體內(nèi)磁場為零。這便是超導(dǎo)體的另一種特性——完全抗磁性。完全抗磁性的存在，導(dǎo)致磁力線無法進入超導(dǎo)體內(nèi)部，超導(dǎo)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(dǎo)理論的美國物理學(xué)家巴�。ㄗ螅�、庫珀（中）、施里弗（右）

 

　　其實，超導(dǎo)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(zhì)都是超導(dǎo)體，一些非金屬材料在高壓下也是超導(dǎo)體。遺憾的是，這些超導(dǎo)體的臨界溫度都非�？量�，比如，于1911年發(fā)現(xiàn)的第一個超導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)實驗帶來了諸多局限，超導(dǎo)用于實際生活更是遙不可及。

 

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

 

　　功夫不負有心人，1986年，德國科學(xué)家柏諾茲和瑞士科學(xué)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(dǎo)電性，緊接著華人科學(xué)家朱經(jīng)武、吳茂坤以及中國科學(xué)家趙忠賢等人發(fā)現(xiàn)了具有93開（?180℃）超導(dǎo)的釔鋇銅氧（Y-Ba-Cu-O）體系。最終這類銅氧化物超導(dǎo)體 臨界溫度提高到了165開（?108℃）附近，從而被稱為高溫超導(dǎo)體。高溫超導(dǎo)體的臨界溫度邁入了液氮溫區(qū)，大大降低了研究和應(yīng)用的成本。然而人們很快發(fā)現(xiàn)這種高溫超導(dǎo)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(dǎo)微觀機理比常規(guī)金屬超導(dǎo)體要復(fù)雜得多，至今人們也沒有一致的認識。

　　用超導(dǎo)磁發(fā)射太空飛船（設(shè)計圖）

 

　　歷史上，已經(jīng)至少有10位科學(xué)家因超導(dǎo)研究獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。在新超導(dǎo)材料探索和超導(dǎo)機理研究隊伍中，華人的身影越來越多，他們?yōu)槌瑢?dǎo)研究做出了許多重要貢獻。如今，從合金到氧化物，再到鐵基超導(dǎo)，乃至有機超導(dǎo)材料等，超導(dǎo)的微觀機理都不盡相同，似乎暗示“條條大路通超導(dǎo)”。人們完全有理由相信在不久的將來，科學(xué)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(dǎo)體。