超导有什么作用?

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首先,超导本身是一个极其广泛的物理现象,我们周围有很多东西都有超导的特性。比如液体金属(如汞)在4K以下的温度时,电阻率为0;又比如,当塑料中掺入少量铁粉后,材料的导电率会有很大的提升。 但是通常意义上的“超导体”指带有电磁屏蔽的低温超导体。其需要同时满足如下条件:

1 高温下是绝缘体 2 在特定温度以下呈现全导电性 3 具有磁屏蔽作用 4 具有抗磁性 (这里没提到结构,原因是结构对于超导体的性能有很重要的影响,但不影响对“超导”这一概念的定义) 我们之所以关注这些材料,是因为它们的某些特性在技术上有着重要的应用价值,具体包括:

1 完全无损的电导线 有完全无损电流线的想法可以追溯到本杰明·富兰克林时代,他发明了用棉线检测电路故障的方法并因此获得了美国的专利。他的理论依据就是:在没有阻力的电线里,电流会连续不断地流动,不会有损耗。而在实际生活中,只要有电阻存在,电能在通过导线时总是会有损耗的(这种损耗以热量的形式散发到周围环境中去)。而低温超导体的出现可能实现了这个理想状况,因为它的电阻率在温度低于某个值后会突然变为0,所以不需要考虑功率损耗,这就是“完全没有损耗的电流路径”。于是,基于低温超导体的电缆就有可能用于传输高压直流电。

目前基于超导体的电子器件也在研究中,比如晶体管。如果以后真能用超导体做成计算机处理器,那计算能力将大大提高。

2 量子比特容器 因为超导体具有抗磁性,所以我们有可能把微观体系的温度降低到量子力学效应可被观察到的程度。另外,由于某些超导材料显示出量子相干特性,我们可以把不同的量子比特连接在一起形成量子纠缠,这就为量子信息处理提供了物质基础。

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