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諾獎引領(lǐng)的超導(dǎo)革命:從實驗室邁向產(chǎn)業(yè)未來​

2025年10月9日 10:26  CCTIME飛象網(wǎng)  

2025年諾貝爾物理學(xué)獎再度將全球目光聚焦超導(dǎo)領(lǐng)域,美國科學(xué)家約翰·克拉克、米歇爾·H·德沃雷與約翰·M·馬蒂尼斯,憑借在超導(dǎo)電路中觀測到宏觀量子隧穿效應(yīng)與能量量子化現(xiàn)象的開創(chuàng)性成果摘得獎項。

該團(tuán)隊通過構(gòu)建嵌入約瑟夫森結(jié)的超導(dǎo)電路,首次在毫米級宏觀系統(tǒng)中證實:大量超導(dǎo)電子形成的“庫珀對”可協(xié)同展現(xiàn)量子隧穿特性——能從“零電壓超導(dǎo)電流態(tài)”隧穿至可測量電壓的非超導(dǎo)態(tài),且能量變化嚴(yán)格遵循量子化規(guī)律。這一發(fā)現(xiàn)顛覆“量子現(xiàn)象僅存于微觀世界”的認(rèn)知,被學(xué)界稱為“可觸摸的薛定諤貓”實驗,既深化量子與宏觀材料結(jié)合的認(rèn)知,更從原理上為超導(dǎo)量子器件實用化鋪路。

百年諾獎筑基:超導(dǎo)科研的關(guān)鍵里程碑

超導(dǎo)是近一百年凝聚態(tài)物理最主要的研究方向之一,其發(fā)展進(jìn)程始終與諾貝爾獎緊密相伴。百年間,超導(dǎo)領(lǐng)域共7次斬獲諾貝爾物理學(xué)獎,涉及16位科學(xué)家,每一次諾獎成果都標(biāo)志著超導(dǎo)科研的核心突破。1911年,荷蘭物理學(xué)家?恕た┝帧ぐ簝(nèi)斯在液氦環(huán)境中發(fā)現(xiàn)汞的超導(dǎo)特性,1913年憑此首獲諾獎,開啟低溫超導(dǎo)研究序幕;1972年,BCS理論揭示低溫下電子“庫珀對”導(dǎo)電機制,為超導(dǎo)原理奠定理論基礎(chǔ);1973年,“約瑟夫森效應(yīng)”預(yù)測超導(dǎo)體夾絕緣層的導(dǎo)電特性,成為超導(dǎo)器件研發(fā)的核心依據(jù)。​

1986年,鑭鋇銅氧陶瓷將超導(dǎo)臨界溫度提升至液氮溫區(qū)(35K),大幅降低制冷成本,研究者于1987年獲獎,打破低溫應(yīng)用限制;2003年,超導(dǎo)理論體系完善,為材料改性與設(shè)備設(shè)計提供統(tǒng)一指導(dǎo);2025年諾獎則標(biāo)志超導(dǎo)進(jìn)入“實用化量子時代”——上世紀(jì)80年代,克拉克團(tuán)隊構(gòu)建含約瑟夫森結(jié)的超導(dǎo)電路,證實毫米級宏觀系統(tǒng)的量子特性,后續(xù)馬蒂尼斯將其用于量子計算,2019年“懸鈴木”處理器實現(xiàn)“量子優(yōu)越性”,為超導(dǎo)技術(shù)開辟新賽道。

從實驗室到產(chǎn)業(yè)前夜:超導(dǎo)技術(shù)的轉(zhuǎn)化鴻溝​

科研突破為超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ),但從實驗室到規(guī)模化應(yīng)用仍需跨越多重障礙。1987年高溫超導(dǎo)材料取得突破后,全球科研機構(gòu)與企業(yè)開始探索商用路徑;2003年理論體系的完善進(jìn)一步掃清了技術(shù)障礙,但產(chǎn)業(yè)化仍面臨三大核心難題:其一,材料穩(wěn)定性不足,早期高溫超導(dǎo)帶材(如鑭鋇銅氧陶瓷)在低溫環(huán)境與機械彎曲條件下性能衰減較快,難以滿足工業(yè)場景長期穩(wěn)定運行的需求;其二,設(shè)備適配性差,超導(dǎo)磁體等核心設(shè)備與現(xiàn)有工業(yè)生產(chǎn)線兼容性較低,需對生產(chǎn)流程進(jìn)行系統(tǒng)性重構(gòu);其三,成本居高不下,早期單件核心超導(dǎo)設(shè)備(如超導(dǎo)磁體)制造成本高達(dá)數(shù)十萬元人民幣,遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)銅導(dǎo)線或低溫超導(dǎo)設(shè)備的綜合成本。

這些問題導(dǎo)致2003年后的近二十年間,多數(shù)企業(yè)的超導(dǎo)產(chǎn)品長期停留在小批量試制階段,應(yīng)用場景局限于科研院所的實驗裝置,難以進(jìn)入真正的工業(yè)市場,行業(yè)亟待具備技術(shù)整合能力與規(guī);a(chǎn)經(jīng)驗的“破局者”。

破局與增長:超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)化的實踐與未來​

面對高溫超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中的核心技術(shù)挑戰(zhàn),聯(lián)創(chuàng)光電核心參股公司聯(lián)創(chuàng)超導(dǎo)依托第二代高溫超導(dǎo)的材料基礎(chǔ)與理論支撐,通過系統(tǒng)性技術(shù)創(chuàng)新成為首個突破高溫超導(dǎo)規(guī)模化商用的“破局者”——其自主研發(fā)的核心技術(shù)成功攻克第二代高溫超導(dǎo)材料在產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用中面臨的設(shè)備兼容性、成本控制等多項關(guān)鍵難題,推動高溫超導(dǎo)磁體及設(shè)備從實驗室小批量試制邁向規(guī);慨a(chǎn),率先在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)高溫超導(dǎo)技術(shù)的工程化落地。

目前,聯(lián)創(chuàng)超導(dǎo)的商用實踐已深度融入多個戰(zhàn)略領(lǐng)域:金屬加工領(lǐng)域,全球首臺兆瓦級高溫超導(dǎo)感應(yīng)加熱裝置順利投產(chǎn);新能源材料制造方面,高溫超導(dǎo)磁控硅單晶生長裝備獲得合作客戶的批量升級改造訂單;在可控核聚變領(lǐng)域,成功研制百米級超導(dǎo)集束纜線,中標(biāo)多個超導(dǎo)線圈項目,有力推動聚變裝置向緊湊化、低成本方向發(fā)展;商業(yè)航天領(lǐng)域,斬獲資陽商業(yè)航天發(fā)射技術(shù)研究院1960萬元超導(dǎo)磁體訂單,為電磁彈射技術(shù)發(fā)展提供支撐。這些實踐精準(zhǔn)對接核心應(yīng)用場景,以實際成果印證了其作為“破局者”打通技術(shù)驗證到產(chǎn)業(yè)應(yīng)用通道的關(guān)鍵作用,與全球產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向高度契合。

超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)正進(jìn)入高速增長通道。據(jù)預(yù)測,2030年全球超導(dǎo)市場規(guī)模將突破100億元人民幣,年復(fù)合增長率53.9%。在諾獎理論的持續(xù)轉(zhuǎn)化與技術(shù)迭代推動下,聯(lián)創(chuàng)超導(dǎo)的成功實踐不僅為行業(yè)樹立了規(guī)模化商用的標(biāo)桿,更通過技術(shù)突破與市場驗證加速了超導(dǎo)技術(shù)在能源、制造、航天等戰(zhàn)略領(lǐng)域的融合應(yīng)用。這一“零電阻奇跡”不僅將重塑產(chǎn)業(yè)格局,更有望為全球能源革命、量子科技突破注入核心動力,推動人類社會進(jìn)步。

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