新研究揭示超导温度上限：室温超导理论可行

IT之家在3月9日报道，超导材料作为一种革命性的材料，广泛应用于医疗、能源传输及量子计算等多个领域。然而，超导材料的一个主要限制是它们只能在接近绝对零度的低温环境下运行，这种限制妨碍了超导材料的潜能全方位发挥。科学家们一直在致力于室温超导材料的研发，但一个重要的难题始终存在：超导性是否存在一个上限温度？

这一问题的解答对于室温下是否能够实现超导体至关重要。若理论上存在一个低于室温的上限温度，那么真正实现室温超导将变得不可能。最近，伦敦玛丽女王大学的研究团队终于对此有了突破。在最新的研究中，他们探讨了影响超导临界温度的多种因素，以及适合超导的最高温度范围。

研究作者明确了基本物理常数在超导现象中的关键作用，包括电子质量、普朗克常数（h）、电子电荷和精细结构常数（α）。这些常数对于众多自然现象的形成起到了决定性作用，例如从原子结构的稳定性到恒星的形成以及生物所需元素的合成。值得注意的是，在固体材料中，原子因受热而围绕固定位置发生振动，这种振动的快慢依赖于两个重要因素：键合强度和原子质量，而这两者又受量子力学和电磁学的影响，而电磁学与量子力学又受到基本常数的制约。

通过分析这些常数对原子相互作用的影响，研究团队发现它们为固体中原子的振动速度设定了严格的上限。这表明，材料中原子的集体振动，即声子，具有一个最大频率。在许多超导材料中，声子在电子配对（库珀对）中的关键作用至关重要，这直接关系到材料的超导性。声子的频率影响配对的强弱，进而决定了超导性发生的最高温度（TC）。

基本常数对声子频率的限制，意味着它们对超导材料的临界温度TC也施加了理论上的上限。研究人员强调：“超导温度TC的极限与自然界的基本常数——电子质量、电子电荷及普朗克常数——密切相关。”

依据这些基本常数，研究作者们估算出超导现象可以在100开尔文到1000开尔文之间存在，该TC的上限范围涵盖了标准室温值，即293K到298K（20至25摄氏度）。

研究人员表示：“考虑到我们宇宙的基本常数，理论上室温超导是可能的，这个发现令人鼓舞，激励我们持续探索以及进行实验，从而突破可能的界限。”他们补充道，他们的研究成果已获得另一项独立研究的验证。

IT之家注意到，这篇研究出现在《物理学杂志：凝聚态物理》上。

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