2026年6月22日——三十多年来，一项科学纪录一直坚不可摧：零下220华氏度。它定义了无需施加巨大压力、材料即可实现超导（即无电阻输电）的最高温度。在一个以缓慢、稳步进展著称的领域，这项纪录一度近乎不可撼动。

这一上限始终令人望而生畏，因为大多数已知超导体只能在接近绝对零度（即零下数百华氏度）的温度下工作。将材料维持在这种极低温状态需要复杂且昂贵的冷却系统。这限制了这些材料的应用范围和方式，使其只能用于核磁共振成像仪和粒子加速器等小众技术领域。

如今，这项纪录被改写。来自休斯顿大学和美国能源部阿贡国家实验室的研究人员将温度提升了30度，达到零下190华氏度。他们通过一种精心设计的氧化物实现这一突破，该氧化物由汞、钡、钙和铜组成，被称为铜酸盐超导体。

更高温度的超导体可以使发电、输电和用电效率大幅提升。它们最终还可能催生新技术，例如更实用的聚变能源系统和量子器件。

在早期利用阿贡国家实验室先进光子源（APS，美国能源部科学用户设施）的工作中，科学家曾报告过一种不同材料，它能在接近室温的温度下实现超导。但缺点是，它仅在极端压力下才能工作，这使其在专业实验室之外仍无法实际应用。

在当前项目中，休斯顿大学团队开发了一种称为“压力猝灭方案”的方法来应对这一挑战。他们将铜酸盐样品压缩在金刚石对顶砧内，压力接近30吉帕斯卡，约为海底压力的300倍。达到该压力后，研究人员迅速释放压力，同时保留了材料的超导特性。

“这是朝着在室温常压下工作的实用超导体迈出的重要一步，”阿贡国家实验室物理学家、该研究的合著者休·周表示。“而且，由于这种材料在常压下仍能保持超导，科学家可以用广泛可用的仪器对其进行研究，并开始开发在常规条件下工作的技术。”

然而，打破纪录只是故事的一部分。理解它为何被打破同样重要。这正是APS发挥关键作用之处。

APS的16-ID-B光束线是全球极少数能够在如此极端条件下研究材料的设施之一。其高亮度、高度聚焦的X射线束使科学家能够在压力猝灭过程中，探测到铜酸盐内部结构在微观尺度上的细微变化。这些测量揭示了原本隐藏的细节。

正如阿贡国家实验室APS团队负责人马杜里·索马亚祖鲁所解释，施加如此高的压力会改变材料中原子间的距离，实际上迫使它们形成新的排列。这个过程会在系统中储存能量。如果压力缓慢释放，原子有时间松弛并恢复到正常结构。但当压力快速移除时，材料可能陷入一种称为亚稳态的暂态。在这种状态下，结构不会完全松弛，反而会形成许多微小缺陷。

原子有序排列中的这些缺陷似乎稳定了超导态。因此，铜酸盐样品无需持续施加压力，便能在更高温度下实现超导。

“这是理解压力猝灭过程如何稳定超导态的关键，”周说。

这些发现也凸显了像APS这样的先进光源在现代材料科学中日益增长的重要性。经过近年来的一次重大升级，该设施现在产生的X射线束比以往亮度和聚焦度高出500倍。这些光束可以聚焦到比人类头发丝小数千倍的尺寸，使研究人员能够以极高的精度绘制材料内部的微观变化。

“借助升级后的APS，我们能更好地将材料内部微观层面的变化与其在现实条件下的表现联系起来，”索马亚祖鲁说。“这意义重大。”

该研究的资金来源包括企业科学基金、德克萨斯州、美国空军科学研究办公室资助项目、T.L.L.坦普尔基金会、约翰·J.和丽贝卡·摩尔斯捐赠基金以及美国能源部基础能源科学办公室。

该研究首次发表于《美国国家科学院院刊》。