室温超导（room- 温度 superconductivity ）为在室温条件下所能实现的超导现象。超导现象是指某些材料在温度降低到某一临界温度（T c ）以下时，电阻突然消失（零电阻效应），同时外 磁场 磁力线全部排出体外（完全抗磁性）的一种电磁现象，具备超导现象的物体为 超导体 。
1911年， 荷兰 物理学家 海克·昂内斯 （Heike Kamerlingh Onnes）发现，当温度降低至4.2K（约-268.95℃）时，浸泡在 液氨 里的金属汞的 电阻 会消失，标志着超导现象被发现。 随后，一个世纪中，科研学者对超导现象的原理研究以及材料的寻找在进行不断的尝试和努力。2019年，室温超导的研究获得了进一步突破。当时美国科学家马杜里·索马亚祖鲁（Maddury Somayazulu）的研究组宣布，十氢化 （LaH 10 ）在190万个 大气压 下，可以在逼近室温的260K以上出现 超导 性，这是曾经超导临界温度的最高纪录。 2023年7月22日，韩国量子能源研究中心（Q-centre）、 高丽大学 等团队的研究人员提交论文，宣布成功合成了世界上第一个室温常压 超导体 ，但该研究样品被指有瑕 。
概述
超导现象是指，某些材料在温度降低到某一临界温度（T c ）以下时， 电阻 突然消失（零电阻效应），同时外 磁场 磁力线全部排出体外（完全抗磁性）的一种电磁现象。这让超导体在传输 电能 的过程中几乎没有能量耗损，且每平方厘米超导材料上还能承载更强的电流。而一般常规的材料，在导电过程中都会损耗大量的能量。 而室温超导就是某种材料在室温条件下（约300 K或更高）能形成的超导现象。 多位研究人员已经声称发现了 室温超导体 ，但都尚未得到证实。
超导原理
超导原理为超导电性量子理论（BCS理论） 常温下，在金属 导体 中充满了摆脱了原子束缚的无序排列的自由电子，在一-定的电压下，它们的定向运动就形成了电流。在这种定向运动中，电子受到的阻碍称为 电阻 。当温度下降到超导临界温度以下时，自由电子不能完全无序地运动，由于晶格的振动作用，有一部分正常电子会两两凝聚成--个电量为2e的库柏电子对（T-0时，电子全部“凝聚”成 库柏对 ）。当库柏电子对与晶格相互作用时，两电子的 动量 可彼长此消，但它们的总动量始终保持不变。因此电子对2e几乎不受晶格的散射作用，宏观上便表现为直流电阻为零。
温度越低，库柏电子对越多，电子对的结合越牢固，不同电子对之间相互的作用力越弱。在电压的作用下，库柏电子对按一定方向畅通无阻地流动起来。当温度升高后，出现不成对的单个激发电子，相当于正常的电子，而且电子对因受热运动的影响而遭到破坏，吸引力减弱，结合程度变差。温度越高，库柏电子对的数目越少，直到临界转变温度时，电子对全部拆散成单个的正常电子，超导态转变为常导态。这就是超导电性量子理论。概括起来，它的主要内容是：
①超导电性来源于电子间通过声子作媒介所产生的相互吸引作用，当这种作用超过电子间的库仑排斥作用时，电子会形成束缚对，就是上面讲的 库柏对 。从而导致超导电性的出现。库柏对会导致 能隙 存在，超导临界场、热力学性质和大多数电磁学性质都是这种库柏对的结果。
②元素或合金的超导转变温度与费米面附近电子能态密度N（E F ）和电子声子相互作用能U有关，可用 电阻率 来估计。
该理论是在1957年由美国物理学家 约翰·巴丁 （J.Bardeen）、库柏（N.Cooper）和 施里弗 （J.R.Schrieffer）提出的，所以又被称为BCS理论。该理论是从微观角度对超导电性机理做出合理解释的最富有成果的探索，也可以得到 磁通量 量子化的结论。它是第一个成功地解释了超导现象的微观理论，也是目前唯一成功的超导微观理论。后来又有一些形式上的发展和完善，但基本思想没有太大的变化。
发展历程
超导现象的发现
1882年 荷兰 物理学家海克·卡末林· 昂内斯 （Heike Kamerlingh Onnes）成为 莱顿大学 物理系教授，将实验室的主攻方向定为 低温物理学 ，并在２年后创建了闻名世界的低温研究中心—莱顿实验室。 1911年，昂内斯利用 液氨 将金和铂冷却到4.3K以下，发现铂的 电阻 为一 常数 。随后他又将汞冷却到4.2K 以下，测量到其电阻几乎降为零。在3K时，他发现 电阻 降到3×10 －6 以下，这是第一次观察到的 超导 电性。1913年， 昂内斯 又发现锡和铅也和汞一样具有类似现象。他意识到，在非常低的温度下，某些物质的分子热运动会接近消失，出现电阻趋近于零的现象，他把这种现象称为超导，处于超导状态下的物质是 超导体 。科学界很快意识到了昌内斯工作的科学价值。 1913年9月在 华盛顿哥伦比亚特区 召开的第三届国际制冷会议上， 海克·昂内斯 正式提出了“超导态”概念。
超导体的零 电阻 效应被发现后，人们也许是惊喜万分，在相当长的一段时间里，一直误认为超导电性是超导体的最本质的性质，却忽略了超导体的磁性质。1933年，迈斯纳（Meissner）和奥克森费尔特（Ochsenfeld）在实验中发现：在临界温度以上，将具有超导电性的物体移入 磁场 中，当温度降低到临界温度以下转变为超导态后，磁场完全被排斥到 超导体 之外，超导体内部磁场为零。后来称这一发现为“ 迈斯纳效应 ”。但是这个时期还是认识 超导 机制的起步阶段。
在20世纪30年代，超导研究取得了突破性进展。1934年高特（C.J.Gorter）和卡斯米厄（HBCasimir）提出了二 流体 模型。1935年 伦敦 兄弟（F.London 和HLondon）提出了著名的伦敦 方程 ，这一方程能描述超导体的零电阻特性及迈斯纳效应，同时引入了 穿透深度 的概念，即外 磁场 在超导体中的 衰减 长度。随即，1950年，金兹伯格（VLGinzburg）和 列夫·达维多维奇·朗道 （L.DLandau）提出了一个基于 二级相变 的使用序参数描述 超导 的唯象理论，被称为Ginzbrug-Landau（G-L）理论；1953年，皮帕尔德（ABPippard）引入非局域超导电动力学，发展了 伦敦 理论，并提出超导相干长度的概念。
1957年，巴登（Bardeen）、库珀（ Cooper ）和史雷夫（Schrieffer）三人共同建成了完整的超导微观机制，即BCS理论，成功地解释了超导现象。根据这一理论，超导电性的起因是在 超导体 中 费米面 附近的 电子 之间存在着通过交换 声子 而发生的吸引作用，由于这种吸引作用，费米面附近的电子两两结合成对，形成了“库珀对”。当 超导 金属处于 静电平衡 时（没有电流），每个“库珀对”由两个 动量 完全相反的电子所组成。 同年，阿布里柯索夫（AAAbrkosov）在超导正常态负界面能情况下求解G-L 方程 ，从而 预言 了第I类超导体及 磁通量 点阵的存在，戈尔柯夫（L.PGorkov）则证明G-L方程可由 微观 理论导出，故也将G-L理论和阿布里柯索夫及戈尔科夫的理论通称GLAG理论；1962年， 布赖恩·约瑟夫森 （BDJosephson）在理论上预言了超导的 约瑟夫森效应 ，即 库柏对 的隧道效应。
在实验方面，1950年， 詹姆斯·麦克斯韦 （E.Maxwell）和雷诺（C.AReynolds）发现了 超导 的 同位素 效应；1953~1960年间他们利用各种实验方法对 超导体 的研究表明，在 电子 激发谱中存在 能隙 ；1961年发现 磁通量 量子化：1967年观察到超导处于混合态下的磁通晶格；自1964年以来对宏观量子干涉现象也进行了大量的研究。
1987年2月，美国 休斯顿大学 的 朱经武 、 吴茂昆 研究组和 中国科学院物理研究所 的 赵忠贤 研究团队分别独立发现在YBa 2 Cu 3 O 6+ 体系存在90 K以上的Tc，超导研究首次成功突破了 液氮 温区（液氮的 沸点 为77 K），使得超导的大规模研究和应用成为可能。
室温超导
2000年，在离子注入工作中从 金刚石 中提取电子时，约翰·普林斯（Johan Prins）观察到，在气压为10 -6 毫巴 时，掺氧IIa型金刚石表面形成的相中出现了室温超导现象。实现这种情况的唯一方法是让间隙内提取的电子形成超导相。因为电子是费米子，所以它们最近邻的距离和速度有增无减，最终会迫使它们违反 海森伯格 不确定性关系。在这个极限下，它们成对地被限制在体积或“轨道”内，而这些体积或“轨道”又填充了金刚石和阳极之间的整个空间。因为这些“轨道”的 自旋 为零，所以它们是类似玻色子的电荷载流子，并且由于它们在物理上尽可能接近，它们会自动构成 萨特延德拉·玻色 阿尔伯特·爱因斯坦 凝聚体；即它们构成超导相。
2014年，《 自然 》杂志上发表的一篇文章提出，一些材料，例如YBCO（ 氧化钇 铜），可以使用红外激光脉冲在室温下短暂超导。
室温超导之路可以追溯到20世纪60年代的一个预言，即氢原子团如果被充分压缩，可能会转变成一种在高温下超导的金属。虽然氢金属化的压力非常大，但超导探索者试图在较低的压力下使用被称为 氢化物 （hydrides）的富氢化合物，寻求类似的效应。第一批氢化物超导体的成果终于在2015年出现，引发了一场“氢化物热潮”，并连续打破超导高转变温度的记录。这是由于过去15年理论进步的推动，有了适用于超导体新的 密度泛函理论 和越来越强大的 晶体结构 预测方法，理论学家们通过计算指导实验。理论上，科学家们还预言了更加复杂的高压三元氢化物具有超导电性。此外，科学家们还提出了两个新的研究方向。第一个研究方向涉及在氢化物中添加第三元素，这增加了可能的结构数量，因此也增加了优化 化学 压力的选择。第二个研究方向是，用其他轻原子取代氢。
2019年，室温超导更进一步发展，此时，美国科学家马杜里·索马亚祖鲁（Maddury Somayazulu）的研究组宣布，十氢化镧（LaH10）在190万个大气压下，可以在逼近室温的260K以上出现超导性，这是曾经超导临界温度的最高纪录。
相关特性
电学性质
许多物质当温度降到某一临界温度Tc时 电阻 不再随温度线性下降，而突然消失。这种现象称为 超导 电性。由于几乎没有电阻，在一无电源的闭合超导回路中可以形成持续电流。浸泡在液He II中的超导 线圈 ，先由外电源供电，在达到一定的 电流 以后，可以把外电源撤去。测量线圈 磁场 的 衰减 ，就可以知道电流的衰减。范尔（J.File）和 米尔斯 （R.G.Mills）1963年用核磁共振测 磁场 ，估计出衰减时间不少于100 000年。
磁学性质
1933年，迈斯纳（W.Meissner）通过实验发现，当置于磁场中的 导体 通过冷却过渡到超导态时，原来进入此导体中的磁力线会一下子被完全排斥到 超导体 之外，超导体内磁感应强度变为零，这表明超导体是完全抗磁体，这个现象称为 迈斯纳效应 。
实验表明，在一定温度下的 超导 态，可以被足够强的外 磁场 所破坏，这个磁场的阈值或临界值称为超导体的临界磁场，记为H c 。在低于T c 的任一温度T下，当外加磁场强度H小于某一临界值H c 时，超导态可以保持；当H大于H c 时，超导态被突然破坏而转变成正常态。临界磁场H c 不仅与超导体本身性质有关，还与温度T有关， ，其中Hc(0)为T=0 K（实际指T→0）时的临界磁场，对于不同的 超导材料 有不同的Hc(0)值。
两类超导体
第Ⅰ类超导体，为当外加 磁场 H>H c 时，零 电阻 现象就消失的超导体。大部分元素 晶体 的 超导 电性都符合第Ⅰ类超导体的特征，属于第Ⅰ类超导体。
第Ⅱ类超导体的磁学特性比第Ⅰ类超导体要复杂得多，第Ⅱ类超导体存在两个临界磁场强度H c1 和H c2 ，H<H c1 时，第Ⅱ类超导体不仅具有零电阻效应，而且具有 迈斯纳效应 ，其 电磁学 行为类似于第Ⅰ类超导体。而当H c1 <H<H c2 时，超导体逐渐失去其完全抗磁性，磁力线开始进入超导内部，超导体内部的磁感应强度随外加 磁场 的增加而逐步增加，但此时，零 电阻 效应依然存在。当H>H c2 时， 超导体 则转变为正常态。有时将H<H c1 的状态称为迈斯纳态，将H c1 <H<H c2 的状态称为混合态，将H>H c2 的状态称为正常态。
潜在应用
电力应用
超导电缆 、超导 限流器 、超导储能装置和超导电机等。采用无阻的、能传输高 电流密度 的超导材料作为导电体并能传输大电流的一种电力设施，具有 截流大师 能力大、损耗低、体积小和重量轻等优点，是解决大容量、低损耗输电的一个重要途径。它由 电缆 芯、 低温容器 、终端和冷却系统四个部分组成。
生物医学应用
超导技术在 生物医学 中的应用包括超导 核磁共振成像 装置（MRI）和核磁共振谱仪（NMR）。核磁 共振 成像的原理是基于被测对象的 原子 磁场 与外磁场的共振现象来分析被测对象的内部状态。目前，核磁共振成像装置已广泛用于医学诊断中，例如用于早期肿瘤和 心血管疾病 等的诊断，它能准确检查发病部位，无损伤和辐射作用，并且诊断面非常广。
交通应用
超导 线圈 可以承载很大的电流，形成强大的 超导磁体 。列车和轨道上分别装备有超导磁体。当存在外磁场时，由于完全抗磁性， 超导体 内部会产生一个相反的磁场，使超导体内部的总磁感应强度为零。由此产生的斥力可以使沉重的列车悬浮在空中。通过改变轨道上 磁场 的取向，可以使列车保持向前运动。
电子学应用
超导量子干涉器（ Squid ）、超导混频器、超导 数字电路 、超导粒子探测器等。其中SQUID磁强计能够测量非常微弱的磁场，其 分辨率 能够达到10-11高斯左右，可以用来测量人体的微弱磁场，描绘出心磁力和脑磁图。 超导 粒子 探测器 具有很高的灵敏度和纳秒级的速度，可以用来检测从亚毫米 波段 到远红外波段的电磁信号。
研究进展
室温超导的实现，有三条路线可以尝试：1、合成新的材料；2、改进现有材料；3、特殊条件调控材料。合成新的材料是最困难的，因为没有可靠的经验，自行探索。改进现有材料，比如改进现有的 铜氧化物 高温超导 材料的质量，对其进行 化学 掺杂等改造，以期获得更高临界温度的 超导体 。特殊条件调控，指的是利用高温、高压、 磁场 、 光场 、 电场 等方式调控材料的状态，在更高温度下形成 超导 态。
逐步接近
2004年，在环境温度逐渐上升甚至超过水的 沸点 时， 碳纳米管 有可能进行几乎无阻力的电流传导。他们认为，这种微型管将是室温下具有超导性的第一种超导，虽然这种超导过程还不是完全无阻力传导，但已接近迄今所能达到的最佳超导效果。
2021年，5月27日 俄罗斯 量子中心科研人员首次在室温下获得了磁性 超导材料 。有关专家认为，借助该技术未来可创建不需要复杂和昂贵冷却装置的 量子计算机 。相关研究发表在《 科学报告 》杂志上。
争议事件
2020年，Snider等人在267 GPa观察到氢、碳和硫化合物的 超导 转变温度高达288 K，已经达到室温，这在当时被视为迈向 室温超导体 的里程碑。但遗憾的是，它的化学成分和 晶体结构 至今仍然不确定，该实验目前也面临着诸多质疑，该文章最近已被《 自然 》杂志宣布撤稿。
2023年7月22日，韩国量子能源研究中心（Q-centre）、 高丽大学 等团队的研究人员提交论文，宣布成功合成了世界上第一个室温常压 超导体 ，即在常压条件下，一种改性的铅- 磷灰石 （命名为LK-99）能够在127℃（Tc≥400k）以下表现为超导体。 但让本次研究产生争议的是，本次研究实际上关联到两篇论文。从时间线上来看，第一篇提交于7月22日7时51分，第二篇则于7月22日10时11分提交，两篇提交时间相差不足2.5小时的论文均发表在 预印本 系统arXiv，尚未经同行评议。两篇文章作者人数不同，但有两位重合。就论文本身内容来看，第二篇更为详尽。其中上述第二篇论文的作者之一、美国 威廉与玛丽学院 的物理学教授Hyun-Tak Kim在接受采访时则直接表示，第一篇论文里存在“许多缺陷”，并且未经他的允许就被上传了。
相关文化
在影视作品中，涉及到室温超导这一概念的代表性作品是《 阿凡达 》。在《阿凡达》中，人类为了获取室温超导矿石前往遥远的 潘多拉星球 。这种 矿石 在常温下可以实现电流的无 阻抗 传输，拥有巨大的能量潜力，可以有效地替代传统能源资源，成为人类 能源危机 的解决方案。同时，电影中的悬浮山 哈利路亚山 也是由于室温超导矿石的作用才会悬浮在空中。