高压物理学重大突破！哈佛大学科学家创造出成像超导材料工具

瞻观前沿

哈佛大学的科学家们在高压物理学方面取得了重大进展，他们创造了一种在极端条件下直接成像超导材料的工具，促进了超导氢化物领域的新发现。

氢在受到极端压力下表现出了奇特的特性，理论上预测当氢受到超过一百万倍大气压的挤压时，会变成金属，甚至变成超导体。科学家们一直渴望了解并利用这些超导富氢化合物进行实际应用，但是研究这些材料在巨大、持续的压力下的行为是困难的。

哈佛大学的研究人员在《自然》杂志上发表了一篇文章，报告了他们创造性地将量子传感器集成到标准压力感应装置中，从而能够直接读出加压材料的电学和磁学特性。这一工具的创造使得测量和成像氢化物超导体在高压下的行为成为可能。

物理学教授 Norman Yao 09 博士表示：超导氢化物领域一直存在一些争议，部分原因是高压下的测量技术非常有限。问题是你不能只在里面放一个传感器或探针，因为一切都是封闭的，而且压力非常高。这使得从室内获取本地信息变得极其困难。因此，没有人真正观察到单个样品中超导性的双重特征。

为了解决这个问题，研究人员设计并测试了一项巧妙的改造：他们将一层薄薄的传感器直接集成到金刚石砧的表面上，该传感器由金刚石原子晶格中自然存在的缺陷制成。他们使用这些被称为氮空位中心的有效量子传感器，在样品加压并进入超导区域时对室内区域进行成像。为了证明他们的概念，他们使用了氢化铈，这种材料已知在大约一百万个大气压下会成为超导体。

这种新工具不仅可以帮助该领域发现新的超导氢化物，还可以更容易地获得现有材料中那些令人垂涎的特性，以便继续研究。这一突破性的进展为超导氢化物领域的研究和应用带来了新的希望和可能性，有望推动科学界在这一领域取得更多的重大发现。

（图片来源：摄图网）

技术价值观察

超导材料产业链上游为矿资源，如钇、钡、铋、锶、硼等金属;中游是超导材料，如YBCO、BSCCO和MgB2等;下游是超导应用产品，如超导电缆、超导限流器、超导滤波、超导储能以及超导发电机等。

哈佛大学的科学家们在高压物理学方面取得了重大进展，他们创造了一种在极端条件下直接成像超导材料的工具，促进了超导氢化物领域的新发现。该技术处于超导材料产业链中游环节。

宏观市场观察

专利申请趋势：2010-2021年中国始终领先

从趋势上看，2010-2021年，中国超导专利申请数量始终领先。2021年，中国超导专利申请量为3748项，美国、日本以及欧洲专利申请量呈现稳定态势。

统计说明：①按每件申请显示一个公开文本的去重规则进行统计，并选择公开日最新的文本计算。②按照专利优先权国家进行统计，若无优先权，则按照受理局国家计算。如果有多个优先权国家，则按照最早优先权国家计算。

供给端：研发机构主要以院校为依托

国内超导技术研究起步较早，清华大学超导实验室从20世纪90年代就开始进行超导技术研究，但是国内的超导行业产业化起步较晚，由于较高的技术壁垒，直到2011年国内才第一次实现超导产品产业化批量生产和销售。

目前，国内涉及超导的研究机构有中国科学院物理研究所、中国科学技术大学、南京大学、中国科学院电工研究所、中国科学院等离子体物理研究所等，超导相关论文篇数均在600篇以上，总的来说，研发机构主要以院校为依托。

我国高温超导电缆输电技术商业化应用落地

据不完全统计，2020年，我国超导行业主要发生了两起重大事件。我国自主研制超导质子回旋加速器实现内靶束流调试，此外，由国网上海市电力公司兴建的国内首条35千伏公里级高温超导电缆示范工程在上海开工，是高温超导电缆输电技术在国内的首次商业化应用。

中国超导技术赛道热力图

根据产业热力图显示，目前超导关键技术强相关的城市集群主要集中在西北、长三角和粤港澳大湾区，尤其是广东省成为重点发展区域。这些城市群已投入大量政策、资金、环境和人才资源用于超导研发，成为潜在的超导技术发展中心。根据热力图的分布，粤港澳大湾区有极大的可能性成为超导技术的先导区域。重点关注广东省广州市天河区、陕西省西安市雁塔区、广东省深圳市福田区等地的相关企业，以及这些地方对超导产业发展的投资环境和潜力市场。

经济学人APP资讯组

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标签： 超导 氢化物 材料 随笔