超导体可以制造高效的电子产品，但超导体工作所需的超低温和超高压既昂贵又难以实现。室温超导体有望改变这一现状。

　　罗切斯特大学的研究人员最近宣布了一种新材料，这种材料在室温下是超导体，尽管在高压下，如果得到证实，这是一个令人兴奋的发展。如果这种材料或类似的材料能够可靠地工作，并且能够经济地大规模生产，那么它可能会给电子学带来革命。

　　室温超导材料将为实际应用带来许多新的可能性，包括超高效电网，超快和节能的计算机芯片，以及可用于悬浮火车和控制聚变反应堆的超强力磁铁。

　　超导体是一种能传导直流电而不遇到任何电阻的材料。电阻是阻碍电流流动的材料的特性。传统超导体必须冷却到极低的温度，接近绝对零度。

　　近几十年来，研究人员开发出了所谓的高温超导体，只需将其冷却到零下10华氏度(零下23摄氏度)。尽管高温超导体比传统超导体更容易工作，但仍然需要特殊的热设备。除了低温，这些材料还需要非常高的压力，比每平方英寸14.6磅(1巴)的大气压力高167万倍。

　　顾名思义，室温超导体不需要特殊的设备来冷却。它们确实需要加压，但只能加压到比大气压力高一万倍的水平。这种压力可以通过使用坚固的金属外壳来实现。

　　超导体电子是指使用超导材料来实现极高水平的性能和能源效率的电子设备和电路，比最先进的半导体设备和电路所能实现的性能和能源效率好几个数量级。

　　超导材料中缺乏电阻意味着它们可以支持高电流，而不会因电阻而造成任何能量损失。这种效率使得超导体在电力传输方面非常有吸引力。

　　公用事业提供商联邦爱迪生公司安装了高温超导输电线路，并展示了为芝加哥北部提供电力的技术，为期一年的试验期。与传统的铜线相比，升级后的超导线可以携带200倍的电流。但是，维持当今超导体所需的低温和高压的成本，使这种效率在大多数情况下都不切实际。

　　因为超导体的电阻为零，如果给超导回路施加电流，电流将永远持续，除非回路破裂。这种现象可用于各种应用，以制造大型永磁体。

　　今天的磁共振成像机使用超导体磁体来达到几个特斯拉的磁场强度，这是精确成像所需要的。相比之下，地球磁场的强度或通量密度约为50微特斯拉。1.5特斯拉核磁共振机的超导磁体产生的磁场比地球产生的磁场强3万倍。

　　该扫描仪使用超导磁体产生磁场，使患者体内的氢核排列整齐。这一过程与无线电波相结合，产生了用于核磁共振检查的组织图像。磁体的强度直接影响MRI信号的强度。一台1.5特斯拉的MRI机器比3.0特斯拉的机器需要更长的扫描时间来生成清晰的图像。

　　超导材料从内部排出磁场，这使它们成为强大的电磁铁。这些超级磁铁有可能使火车悬浮起来。超导电磁铁产生8.3特斯拉磁场——超过地球磁场的10万倍。电磁铁使用11,080安培的电流产生磁场，超导线圈允许高电流流动而不损失任何能量。日本的山梨超导磁悬浮列车悬浮在导轨上方4英寸(10厘米)，时速可达311英里(500公里)。

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　　超导电路也是一种很有前途的量子计算技术，因为它们可以作为量子比特使用。量子位是量子处理器的基本单元，类似于经典计算机中的晶体管，但功能要强大得多。D-Wave Systems、谷歌和IBM等公司已经建立了使用超导量子比特的量子计算机。尽管超导电路可以产生很好的量子比特，但它们对制造具有大量量子比特的量子计算机提出了一些技术挑战。一个关键问题是需要将量子比特保持在非常低的温度，这需要使用被称为稀释冰箱的大型低温设备。

　　室温超导体将消除许多与运行基于超导体的电路和系统的高成本相关的挑战，并使其更容易在现场使用。

　　室温超导体将为下一代计算机和低延迟宽带无线通信实现超高速数字互连。它们还将为生物医学和安全应用、材料和结构分析以及深空射电天体物理学提供高分辨率成像技术和新兴传感器。

　　室温超导体将意味着核磁共振的运行成本将大大降低，因为它们不需要液氦冷却剂，液氦冷却剂既昂贵又供不应求。据我估计，电网的能效将比现在的电网至少提高20%，每年可以节省数十亿美元。磁悬浮列车可以以更低的成本运行更远的距离。计算机将运行得更快，功耗将降低几个数量级。量子计算机可以用更多的量子比特来构建，使它们能够解决当今最强大的超级计算机远远无法解决的问题。

　　电子学的这一充满希望的未来能否实现以及多快实现，在一定程度上取决于这种新的室温超导体材料能否得到验证，以及它能否经济地大规模生产。

　　马苏德·佩德拉姆(Massoud Pedram)是南加州大学电气和计算机工程教授。

　　本文基于创作共用许可，从The Conversation重新发布。阅读原文。