很冷很冷的超导

文/图 大可

很冷很冷的超导

文/图 大可

今年1月9日，在北京人民大会堂举行了2016年度国家科学技术奖励大会，宣布五项奖项的获奖名单。五项奖项是：

国家最高科学技术奖；

国家自然科学奖；

国家技术发明奖；

国家科技进步奖；

国际科技合作奖。

其中国家最高科学技术奖，每年评审一次，每次授予不超过两名科技成就卓著、社会贡献巨大的个人。

这次的获奖人是赵忠贤和屠呦呦。

获奖有多难

排在第一位的国家最高科学技术奖，是五个国家科学技术奖中最高等级的奖项，所以是很难获得的。很多时候居然会空缺，比如2004年、2015年；有的一年只评选出一位。

屠呦呦获得了2015年诺贝尔生理学或医学奖，获奖的青蒿素治疗疟疾也很好懂，所以大家对屠奶奶比较熟悉。

赵忠贤在获得国家最高科学技术奖之前，还获得过国家自然科学奖的一等奖。

国家自然科学奖，是中国自然科学领域的最高奖项，虽然排在国家最高科学技术奖后面，一等奖也不是那么好获得的，曾经获奖的有数学家华罗庚，数学家吴文俊和空气动力学家、“中国航天之父”钱学森，研究哥德巴赫猜想的陈景润，中国地质力学的创立者李四光等等，而且有十多次是空缺的。

此外，赵忠贤曾获得马蒂亚斯奖，对这个奖，大家觉得不如诺贝尔奖那么耳熟能详——这个奖只跟超导有关呀！而赵爷爷所研究的超导，似乎很难懂呢！

绝缘体、半导体、导体、超导体

有一位书法家，是用嘴衔着毛笔写字的，因为他两只胳膊肘的下方已经齐齐断掉。

原来，他小时候和几个同学一起放风筝，风筝突然挂到了一条高压电线上，他爬上电线杆，就在伸手去拿风筝的一瞬间，只觉得双臂发麻，随即两只胳臂冒出一股焦糊味的青烟，然后就不省人事了。在医院醒来后，他震惊地发现：两只手臂没有了！

好在他没有消沉下去，不仅刻苦练习用嘴写字，还到很多学校用自己的亲身经历，告诫同学们远离“电老虎”。

下面是书法家说的一些用电安全知识（除了下面提到的，他还说了好几点，只不过与我们的主题关系不大，你可以自己去查找这方面的知识）：

看到裸露的电线或是电器开关冒出火花时，不可用手碰触。

看到有人触电，要立即关闭电源总开关。如果没有大人帮忙，赶快寻找干燥的木板或木棍等绝缘体，将触电的人与电源隔离，不能直接用手把人拉开，以免自己也触电。

注意到他说的一个词汇吗？“绝缘体”——以免你触电的物体，也就是说，是不会导电的物体。

除了干燥的木板或木棍外，绝缘体还有干燥的纸、橡胶、玻璃、陶瓷等。

注意他强调的以免触电的常识：不可用手碰触裸露的电线、冒出火花的电器开关，不能直接用手拉触电的人。为什么？因为人是电的“导体”。

金属、石墨、酸、碱、盐水溶液等也是导体。所以，潮湿的手或身体其他部位，去碰触没有异常的插头、电器开关，也很危险！因为虽然“纯”水（注意，不是我们喝的“纯净水”）不导电，但手或身体其他部位有汗液等“杂质”，沾到水后，这样的水就有了导电性能。包括我们喝的“纯净水”，里面也有杂质，虽然它们对身体无碍。

你知道为什么要强调“干燥”了吧？因为一旦沾了水，它们的“性格”就会起变化！

请记住：人是电的“导体”！你即使把自己“晒干”了，还是导体！导临界温度。

水——导体

当然，电阻为零的材料不是人们一下子就发觉的。

人发现了电。因为电，我们有了电灯、空调、计算机；也被电欺负得丧失过无数生命、损伤过无数肢体，就如那位书法家。

不过，人不会被吓退，而是千方百计要了解它、掌握它。于是，发现了绝缘体，知道了哪些是导体、半导体……

越是了解，越希望它能帮助人实现更多的梦想，比如，电流如果能不受阻碍地跑，那该多好！

半导体收音机听到过吧，那么，什么是半导体？

当电流威胁我们的时候，我们需要绝缘体来阻碍电流通过；当我们需要电流通过的时候，我们希望电阻越小越好。

电阻的意思，就是阻碍电流。

半导体就是电阻比导体大得多，但又比绝缘体小得多的材料。

有时我们不仅需要电流跑，还要跑得很欢快——你可以拨开“超导”的神秘面纱了：超导就是超级导电，它的电阻为零。

某些材料在一定温度条件下，电阻会变为零，这一温度称为超导转变温度，也叫超

高温与低温的魔力

在说到导体、半导体材料的时候，往往会加上“常温”这个定义。

我们很熟悉摄氏度，符号是“°C”，比如37摄氏度，写成37℃，零下5摄氏度，写成-5℃。还有一种叫华氏度，符号是“°F”，零华氏度约等于-17.78℃。

1848年，英国科学家开尔文建立了绝对温标，它的单位就叫开尔文，符号是“K”。它的零度相当于-273.15℃，被称为绝对零度。

常温也叫一般温度或者室温,一般是指25℃、298.15K。

但是，常温又不是“死规定”，比如，我国很多工程是按20℃设计的，因为这是一般春秋天的温度。

许多材料的“性格”，除了随干燥、潮湿会起变化外，在不同温度里也会有变化。比如，烧红的玻璃也会导电！

我们用手摸摸，嗯，这个材料很烫、那个材料冰凉，为什么会这样？原来，是构成材料的最小单位——分子或原子的运动速度在“变魔术”啊！当我们感到一个物体比较热的时候,就意味着它的分子或原子在快速运动；当我们感到一个物体比较冷的时候,则意味着分子或原子运动速度较慢。

分子、原子都是构成物质的基本细小的颗粒，也叫基本微粒。比如人类生存离不开的氧气、水，就是无数眼睛也看不见的氧分子、水分子构成的；铁、碳是铁原子、碳原子构成的。

速度变化，还能引起物质内部的变化。比如，运动加快，互相“撞来撞去”的次数增多，阻碍自然就强了；但同时，也使一种叫“自由电子”的家伙增加，而自由电子越多，更容易导电，也就是阻碍减小。这时就要看哪方更有“气势”，有“气势”的一方决定了绝缘或导体的能力。

超导的用处

科学家发现，在4.2K，也就是-268.95℃时，有的材料电阻完全消失，哇，超导啊！

而且，材料不仅有了超导性质，还有了抗磁性！

科学家做过一个实验：在一个浅平的锡盘中，放入一个小磁铁，然后把温度降低，使锡盘出现超导性，这时，小磁铁离开锡盘，慢慢地飘起，悬浮不动。

你想到了什么？对，磁悬浮列车！从上海浦东龙阳路站到浦东国际机场就可以乘坐磁悬浮列车。

因为超导体抗磁，如果有一个磁场（如锡盘那样），在电流毫无障碍地通过超导体的同时，超导体会产生排斥的力量，这个力量就使得列车悬浮起来。

也许你还听到过低温超导和高温超导。

研究这些超导材料是为了发掘超导材料更多的特性，来为这个资源越用越少的地球服务。

虽然都是超导，高温与低温下表现出来的性能是不一样的，要“驯服”它们为人类服务，需解决很多复杂的问题。比如，一开始，铁在超导上表现不好，但是赵爷爷创造了大块铁基超导体55K最高临界温度纪录，让它在超导世界靓丽登场。

随着不同临界温度的超导材料被研究出来，除了超导列车，可能还会有超导船、利用超导材料输电等等来为人类服务呢！