70904/06
超導(dǎo)體制造高效電子產(chǎn)品，但使它們工作所需的超低溫和超高壓成本高昂且難以實(shí)施。室溫超導(dǎo)體有望改變這種狀況。
羅切斯特大學(xué)的研究人員最近宣布了一種新材料，該材料在室溫下是超導(dǎo)體，盡管在高壓下，如果得到證實(shí)，這是一個(gè)令人興奮的發(fā)現(xiàn)。如果這種材料或類似材料可靠地工作并且可以經(jīng)濟(jì)地大規(guī)模生產(chǎn)，它可能會徹底改變電子產(chǎn)品。
室溫超導(dǎo)材料將為實(shí)際應(yīng)用帶來許多新的可能性，包括超高效電網(wǎng)、超快和節(jié)能計(jì)算機(jī)芯片，以及可用于懸浮火車和控制聚變反應(yīng)堆的超強(qiáng)磁體。
超導(dǎo)體是一種可以傳導(dǎo)直流電而不會遇到任何電阻的材料。電阻是阻礙電流流動的材料的特性。傳統(tǒng)的超導(dǎo)體必須冷卻到極低的溫度，接近絕對零。
近幾十年來，研究人員開發(fā)了所謂的高溫超導(dǎo)體，只需將其冷卻至零下 10 華氏度（零下 23 攝氏度）。
雖然比傳統(tǒng)超導(dǎo)體更容易使用，但高溫超導(dǎo)體仍然需要特殊的熱設(shè)備。除了低溫之外，這些材料還需要非常高的壓力，比大氣壓力 14.6 磅/平方英寸（1 巴）高 167 萬倍。
顧名思義，室溫超導(dǎo)體不需要特殊設(shè)備來冷卻。它們確實(shí)需要加壓，但只需要加壓到大氣壓的 10,000 倍左右。這種壓力可以通過使用堅(jiān)固的金屬外殼來實(shí)現(xiàn)。
超導(dǎo)電子是指使用超導(dǎo)材料實(shí)現(xiàn)極高水平的性能和能效的電子設(shè)備和電路，比最先進(jìn)的半導(dǎo)體設(shè)備和電路要好幾個(gè)數(shù)量級。
超導(dǎo)材料沒有電阻，這意味著它們可以支持高電流，而不會因電阻而損失任何能量。這種效率使超導(dǎo)體在電力傳輸方面非常有吸引力。
公用事業(yè)供應(yīng)商 Commonwealth Edison安裝了高溫超導(dǎo)輸電線路并展示了為芝加哥北部供電的技術(shù)，試用期為一年。與傳統(tǒng)銅線相比，升級后的超導(dǎo)線可以承載 200 倍的電流。
但維持當(dāng)今超導(dǎo)體所需的低溫和高壓的成本使得在大多數(shù)情況下即使這種效率提高也不切實(shí)際。
因?yàn)槌瑢?dǎo)體的電阻為零，如果將電流施加到超導(dǎo)回路中，除非回路斷開，否則電流將永遠(yuǎn)持續(xù)下去。這種現(xiàn)象可用于制造大型永磁體的各種應(yīng)用。
今天的磁共振成像機(jī)使用超導(dǎo)磁體來達(dá)到幾特斯拉的磁場強(qiáng)度，這是精確成像所需要的。相比之下，地球磁場的強(qiáng)度或通量密度約為 50 微特斯拉。
1.5 特斯拉 MRI 機(jī)器中的超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的磁場比地球產(chǎn)生的磁場強(qiáng) 30,000 倍。
掃描儀使用超導(dǎo)磁體產(chǎn)生磁場，使患者體內(nèi)的氫原子核對齊。這個(gè)過程與無線電波相結(jié)合，產(chǎn)生用于 MRI 檢查的組織圖像。磁鐵的強(qiáng)度直接影響 MRI 信號的強(qiáng)度。與 3.0 特斯拉機(jī)器相比，1.5 特斯拉 MRI 機(jī)器需要更長的掃描時(shí)間才能創(chuàng)建清晰的圖像。
超導(dǎo)材料從自身內(nèi)部排出磁場，這使它們成為強(qiáng)大的電磁鐵。這些超級磁鐵有可能使火車漂浮起來。超導(dǎo)電磁體產(chǎn)生 8.3 特斯拉的磁場——超過地球磁場的 100,000 倍。
電磁鐵使用 11,080 安培的電流來產(chǎn)生磁場，超導(dǎo)線圈允許高電流流動而不會損失任何能量。日本的山梨縣超導(dǎo)磁懸浮列車懸浮在其導(dǎo)軌上方 4 英寸（10 厘米）處，并以高達(dá) 311 英里/小時(shí)（500 公里/小時(shí)）的速度行駛。
超導(dǎo)電路也是一種很有前途的量子計(jì)算技術(shù)，因?yàn)樗鼈兛梢杂米髁孔颖忍?。量子比特是量子處理器的基本單元，類似于?jīng)典計(jì)算機(jī)中的晶體管，但比它更強(qiáng)大。D-Wave Systems、谷歌和 IBM 等公司已經(jīng)構(gòu)建了使用超導(dǎo)量子比特的量子計(jì)算機(jī)。
盡管超導(dǎo)電路可以制造出很好的量子比特，但它們對制造具有大量量子比特的量子計(jì)算機(jī)提出了一些技術(shù)挑戰(zhàn)。一個(gè)關(guān)鍵問題是需要將量子位保持在非常低的溫度下，這需要使用稱為稀釋制冷機(jī)的大型低溫設(shè)備。
室溫超導(dǎo)體將消除許多與操作基于超導(dǎo)體的電路和系統(tǒng)的高成本相關(guān)的挑戰(zhàn)，并使它們更容易在現(xiàn)場使用。
室溫超導(dǎo)體將為下一代計(jì)算機(jī)和低延遲寬帶無線通信實(shí)現(xiàn)超高速數(shù)字互連。它們還將為生物醫(yī)學(xué)和安全應(yīng)用、材料和結(jié)構(gòu)分析以及深空射電天體物理學(xué)提供高分辨率成像技術(shù)和新興傳感器。
室溫超導(dǎo)體意味著核磁共振成像的運(yùn)行成本會大大降低，因?yàn)樗鼈儾恍枰汉だ鋮s劑，而液氦冷卻劑既昂貴又供不應(yīng)求。據(jù)我估計(jì)，電網(wǎng)的能效將比現(xiàn)在的電網(wǎng)至少高 20%，每年可節(jié)省數(shù)十億美元。
磁懸浮列車可以以更低的成本運(yùn)行更遠(yuǎn)的距離。計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度會更快，功耗會降低幾個(gè)數(shù)量級。量子計(jì)算機(jī)可以構(gòu)建更多的量子比特，使它們能夠解決當(dāng)今最強(qiáng)大的超級計(jì)算機(jī)無法解決的問題。
電子學(xué)這個(gè)充滿希望的未來能否實(shí)現(xiàn)以及多快實(shí)現(xiàn)，部分取決于新型室溫超導(dǎo)材料能否得到驗(yàn)證，以及能否經(jīng)濟(jì)地大規(guī)模生產(chǎn)。來源：半導(dǎo)體行業(yè)觀察免責(zé)聲明：所載內(nèi)容來源于互聯(lián)網(wǎng)，微信公眾號等公開渠道，我們對文中觀點(diǎn)持中立態(tài)度，本文僅供參考、交流。轉(zhuǎn)載的稿件版權(quán)歸原作者和機(jī)構(gòu)所有，如有侵權(quán)，請聯(lián)系我們刪除。
羅切斯特大學(xué)的研究人員最近宣布了一種新材料，該材料在室溫下是超導(dǎo)體，盡管在高壓下，如果得到證實(shí)，這是一個(gè)令人興奮的發(fā)現(xiàn)。如果這種材料或類似材料可靠地工作并且可以經(jīng)濟(jì)地大規(guī)模生產(chǎn)，它可能會徹底改變電子產(chǎn)品。
室溫超導(dǎo)材料將為實(shí)際應(yīng)用帶來許多新的可能性，包括超高效電網(wǎng)、超快和節(jié)能計(jì)算機(jī)芯片，以及可用于懸浮火車和控制聚變反應(yīng)堆的超強(qiáng)磁體。
超導(dǎo)體是一種可以傳導(dǎo)直流電而不會遇到任何電阻的材料。電阻是阻礙電流流動的材料的特性。傳統(tǒng)的超導(dǎo)體必須冷卻到極低的溫度，接近絕對零。
近幾十年來，研究人員開發(fā)了所謂的高溫超導(dǎo)體，只需將其冷卻至零下 10 華氏度（零下 23 攝氏度）。
雖然比傳統(tǒng)超導(dǎo)體更容易使用，但高溫超導(dǎo)體仍然需要特殊的熱設(shè)備。除了低溫之外，這些材料還需要非常高的壓力，比大氣壓力 14.6 磅/平方英寸（1 巴）高 167 萬倍。
顧名思義，室溫超導(dǎo)體不需要特殊設(shè)備來冷卻。它們確實(shí)需要加壓，但只需要加壓到大氣壓的 10,000 倍左右。這種壓力可以通過使用堅(jiān)固的金屬外殼來實(shí)現(xiàn)。
使用超導(dǎo)體的地方
超導(dǎo)電子是指使用超導(dǎo)材料實(shí)現(xiàn)極高水平的性能和能效的電子設(shè)備和電路，比最先進(jìn)的半導(dǎo)體設(shè)備和電路要好幾個(gè)數(shù)量級。
超導(dǎo)材料沒有電阻，這意味著它們可以支持高電流，而不會因電阻而損失任何能量。這種效率使超導(dǎo)體在電力傳輸方面非常有吸引力。
公用事業(yè)供應(yīng)商 Commonwealth Edison安裝了高溫超導(dǎo)輸電線路并展示了為芝加哥北部供電的技術(shù)，試用期為一年。與傳統(tǒng)銅線相比，升級后的超導(dǎo)線可以承載 200 倍的電流。
但維持當(dāng)今超導(dǎo)體所需的低溫和高壓的成本使得在大多數(shù)情況下即使這種效率提高也不切實(shí)際。
因?yàn)槌瑢?dǎo)體的電阻為零，如果將電流施加到超導(dǎo)回路中，除非回路斷開，否則電流將永遠(yuǎn)持續(xù)下去。這種現(xiàn)象可用于制造大型永磁體的各種應(yīng)用。
今天的磁共振成像機(jī)使用超導(dǎo)磁體來達(dá)到幾特斯拉的磁場強(qiáng)度，這是精確成像所需要的。相比之下，地球磁場的強(qiáng)度或通量密度約為 50 微特斯拉。
1.5 特斯拉 MRI 機(jī)器中的超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的磁場比地球產(chǎn)生的磁場強(qiáng) 30,000 倍。
掃描儀使用超導(dǎo)磁體產(chǎn)生磁場，使患者體內(nèi)的氫原子核對齊。這個(gè)過程與無線電波相結(jié)合，產(chǎn)生用于 MRI 檢查的組織圖像。磁鐵的強(qiáng)度直接影響 MRI 信號的強(qiáng)度。與 3.0 特斯拉機(jī)器相比，1.5 特斯拉 MRI 機(jī)器需要更長的掃描時(shí)間才能創(chuàng)建清晰的圖像。
超導(dǎo)材料從自身內(nèi)部排出磁場，這使它們成為強(qiáng)大的電磁鐵。這些超級磁鐵有可能使火車漂浮起來。超導(dǎo)電磁體產(chǎn)生 8.3 特斯拉的磁場——超過地球磁場的 100,000 倍。
電磁鐵使用 11,080 安培的電流來產(chǎn)生磁場，超導(dǎo)線圈允許高電流流動而不會損失任何能量。日本的山梨縣超導(dǎo)磁懸浮列車懸浮在其導(dǎo)軌上方 4 英寸（10 厘米）處，并以高達(dá) 311 英里/小時(shí)（500 公里/小時(shí)）的速度行駛。
超導(dǎo)電路也是一種很有前途的量子計(jì)算技術(shù)，因?yàn)樗鼈兛梢杂米髁孔颖忍?。量子比特是量子處理器的基本單元，類似于?jīng)典計(jì)算機(jī)中的晶體管，但比它更強(qiáng)大。D-Wave Systems、谷歌和 IBM 等公司已經(jīng)構(gòu)建了使用超導(dǎo)量子比特的量子計(jì)算機(jī)。
盡管超導(dǎo)電路可以制造出很好的量子比特，但它們對制造具有大量量子比特的量子計(jì)算機(jī)提出了一些技術(shù)挑戰(zhàn)。一個(gè)關(guān)鍵問題是需要將量子位保持在非常低的溫度下，這需要使用稱為稀釋制冷機(jī)的大型低溫設(shè)備。
室溫超導(dǎo)體的前景
室溫超導(dǎo)體將消除許多與操作基于超導(dǎo)體的電路和系統(tǒng)的高成本相關(guān)的挑戰(zhàn)，并使它們更容易在現(xiàn)場使用。
室溫超導(dǎo)體將為下一代計(jì)算機(jī)和低延遲寬帶無線通信實(shí)現(xiàn)超高速數(shù)字互連。它們還將為生物醫(yī)學(xué)和安全應(yīng)用、材料和結(jié)構(gòu)分析以及深空射電天體物理學(xué)提供高分辨率成像技術(shù)和新興傳感器。
室溫超導(dǎo)體意味著核磁共振成像的運(yùn)行成本會大大降低，因?yàn)樗鼈儾恍枰汉だ鋮s劑，而液氦冷卻劑既昂貴又供不應(yīng)求。據(jù)我估計(jì)，電網(wǎng)的能效將比現(xiàn)在的電網(wǎng)至少高 20%，每年可節(jié)省數(shù)十億美元。
磁懸浮列車可以以更低的成本運(yùn)行更遠(yuǎn)的距離。計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度會更快，功耗會降低幾個(gè)數(shù)量級。量子計(jì)算機(jī)可以構(gòu)建更多的量子比特，使它們能夠解決當(dāng)今最強(qiáng)大的超級計(jì)算機(jī)無法解決的問題。
電子學(xué)這個(gè)充滿希望的未來能否實(shí)現(xiàn)以及多快實(shí)現(xiàn)，部分取決于新型室溫超導(dǎo)材料能否得到驗(yàn)證，以及能否經(jīng)濟(jì)地大規(guī)模生產(chǎn)。來源：半導(dǎo)體行業(yè)觀察免責(zé)聲明：所載內(nèi)容來源于互聯(lián)網(wǎng)，微信公眾號等公開渠道，我們對文中觀點(diǎn)持中立態(tài)度，本文僅供參考、交流。轉(zhuǎn)載的稿件版權(quán)歸原作者和機(jī)構(gòu)所有，如有侵權(quán)，請聯(lián)系我們刪除。
