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高中物理组：科技节系列讲座—漫谈量子材料中的超导现象

十一月 21,2022

2022年11月16日，上海中学国际部科技指导办公室邀请到了上海交通大学物理与天文学院特聘教授、副院长钱冬教授，在甄陶楼为同学们带来了一场题为“漫谈量子材料中的超导现象”的讲座。本次讲座作为国际部高中“追寻·超越”科技节系列讲座之一，吸引了众多9-12年级的同学前来聆听。

首先，钱教授从物理学的动量与能量出发，介绍了晶体材料的稳定结构与其导电属性。通过观察粒子运动的物理现象，列举出金、银、铜三种材料在室温下的电导率与其电子轨道分布。这就引出了一个问题，比如: 金属原子是如何在电子的海洋中变得导电的。我们知道，在完美的周期性结构的晶体的电子波作用下，电子没有电阻；电阻出现的原因是因为周期性结构失去完美性；晶体里完美周期性的丢失导致电阻。由于晶体普遍存在杂质、各种缺陷等，而且在非绝对零度温度下，原子也会因其运动而振动，产生热量，导致电能损失。

那么，如何让某种材料处于超导态时电阻为零，从而实现近乎无损耗地传输电能呢？这是自1911年K.Onnes教授发现金属汞的超导性以来，科学家们一直在探索的一个重要课题。多位科学家探索各种材料在一定高压和低温下的超导现象。然而，迄今为止，学术界仍然没有解决超导材料的物理机理，也没有找到常规条件下温度更高的超导体。最近的一次研究发现，最高超导温度在一百五十万倍大气压下，LaH10材料的超导温度可以达到约零下25度。在课堂现场，同学对超导材料表现出了浓厚的兴趣，饶有兴致地与教授探究材料学与物理学的相关知识与研究进展。

最后，钱教授给大家畅谈了超导材料的应用，例如：低温超导电缆、医院核磁共振、电力系统中超导限流器的使用、超导技术应用于微弱磁场的精密测量，包括探测矿藏、探测潜艇、人体内部磁场、宇宙射线等；也对今后超导材料在计算研究领域应用进行了展望，例如：超导体在量子计算方面的相位的精准控制。同学们在会后展开了热烈的讨论，对于超导体应用于未来量子计算机充满了期待。超导作为量子材料最具代表性的奇特性质之一，其应用已经成为现今科学技术发展的重要组成部分。

前沿科技大师讲座是上海中学国际部为学生搭建的诸多拓展志趣的平台之一。此次邀请上海交大专家所做的前沿科普讲座，让同学们领略了前沿材料科技的发展，激发了他们对于科技的好奇心与求知欲。希望学生们在追寻探索之路上越走越远，在求知的路上发现更多的乐趣！

(文：何天舟、王嫣 图：王嫣 审稿：左乾)