雲竹小棧

但必須冷卻到接近絕對零度才具備此特性。1980年代末，銅氧化物超導體打破了長久以來的溫度障礙，然而要將它運用在工業上，仍舊是很大的挑戰。

■以往除了銅氧化物之外，似乎沒有其他材料具備相同的特性。但到了2008年，物理學家發現「鐵氮族化合物」同樣可在高於絕對零度下具備超導特性。

■研究鐵氮族化合物或許可協助科學家探究銅氧化物超導現象的原理，並可進一步了解如何製造室溫超導體。

2006年，日本東京工業大學細野秀雄（Hideo Hosono）的研究團隊正在研究供平面顯示器使用的新型透明半導體，並沒有尋找超導體的打算，但他們在探討一種新材料（鑭、氧、鐵、磷化合物）的電子特性時，發現它在溫度低於4K（-269℃）的環境下，完全不具電阻，也就是說，它是一種超導體。

儘管4K遠低於目前超導材料的最高溫紀錄138K（當然更遠低於最終目標「室溫」，也就是300K左右），但科學家擁有了新型超導體，就像帆船運動員獲得新的船身設計一樣，水手想知道的是一艘船能開到多快，物理學家想知道的則是材料能在多高的溫度下維持超導特性。現今的超導體必須搭配昂貴、複雜、體積龐大的冷卻系統，在工業用途上大為受限；提高運作溫度將可減少現有裝置的麻煩，讓超導體的應用在技術上可行，又能達到經濟實惠的需求。舉例來說，工程師曾經設想能輸送超大電流的無損耗輸電纜線，以及可用於磁振造影、磁浮列車、粒子加速器和其他高科技裝置的小型超強力磁鐵，但不需花費太高的成本，也不需使用以往傳統低溫超導體不可或缺的液態氦冷卻系統。

因此細野秀雄的研究團隊開始對這種材料進行摻雜（在材料中加入其他原子），希望提高其轉變溫度（材料低於此溫度時即具備超導性，又稱為臨界溫度）。他們將一些氧原子換成氟原子，可在7K出現超導特性；將磷換成砷，轉變溫度則提高到26K，這個溫度已經足以引起全世界物理學家注意，2008年2月底，該研究團隊關於砷的論文發表之後，更激起一陣研究熱潮。到了2008年3月底，中國的研究團隊已經將類似化合物的轉變溫度提高到40K以上，一個月後又提高到56K。

儘管這些令人驚豔的成果遠不及銅氧化物超導體在這20年內締造的紀錄，物理學家仍然相當興奮，理由有好幾個。第一，誰知道溫度還可提高到什麼程度？第二，物理學家認為鐵化合物可能比銅氧化物更容易進入科技應用領域，因為銅氧化物很脆，必須運用複雜的技術才能製造成電纜或磁性裝置。

另外，對於超導體而言，鐵是相當特殊的元素，因為鐵原子具備很強的磁性，而磁性通常會影響超導性。的確，超導體除了有完美的導電性之外，另一項特性是有外加磁場時，磁場會從超導體周圍繞過，不會通過其內部。如果磁場強到可進入超導體內部，則會破壞其超導性。材料內部鐵原子的磁性為何不會破壞超導體？這個謎團至今仍然無解。

但最有趣的部份或許是，新的鐵化合物使銅氧化物不再是獨一無二的高溫超導材料。20多年來，研究人員一直找不出解釋銅氧化物所有特性的理論，尤其是轉變溫度相當高這點。現在有了兩種材料可以比較，實驗科學家終於有機會發現重要線索，幫助理論科學家解開高溫超導之謎。

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