超导体的临界温度从靠近绝对零度，提升到了约 100K（零下 173 摄氏度），将超导征象的温度区间从液氦温度扩展到了液氮温度。
这一打破显著增加了超导技能在工业运用中的可能性。
由于 HTS 在比传统超导体须要温度更高的情形下，可无阻力地进行电力运送，因而其有望在能源、电力、交通、医疗等领域带来一系列颠覆性的变革。
特殊是，这项技能为实现备受期待的商业核聚变带来了新的希望，引发了环球范围内的研究和开拓热潮。
今年 3 月，美国麻省理工学院的科学家在 IEEE Transactions on Applied Superconductivity 同时揭橥 6 篇论文，宣告在科学上验证了其所开拓的高温超导材料用于核聚变的可能性[1]。
然而须要理解的是，HTS 材料实现大规模商业化运用的条件是：不仅须要达到现有商业用铜线的性能指标，还必须在本钱上与其相称。
近期，美国纽约州立大学布法罗分校的研究团队宣告，已成功制备出迄今为止性能最高的 HTS 导线，并且各项指标均表现精良。
详细来说，基于钡铜氧化物（REBCO，Rare Earth Barium Copper Oxide）和稀土元素组成的高温超导材料本钱可控。
并且，事情温度从 4.2K 到 77K，均表现出高的临界电流密度（Jc）和钉扎力（Fp），刷新了目前的宣布记录。
近日，干系论文以《显著增强纳米构造稀土钡铜氧化物基涂层导体中的临界电流密度和钉扎力》（Significantly enhanced critical current density and pinning force in nanostructured，（RE）BCO-based，coated conductor）为题，揭橥在 Nature Communications 上[2]。
纽约州立大学阿米特·戈亚尔（Amit Goyal）教授是第一作者兼通讯作者。
图丨干系论文（来源：Nature Communications）
戈亚尔是美国国家工程院和美国国家发明家科学院院士。多年来，他的研究对高温超导领域产生了深远影响，无论是在根本材料科学领域，还是在推动科学创造从实验室向市场转化方面。
图丨阿米特·戈亚尔（Amit Goyal）（来源：纽约州立大学布法罗分校）
目前，环球 HTS 导线制造商紧张采取三种技能路线，来制造高性能的 HTS 导线，分别是：轧制赞助双轴织构基带技能、离子束赞助沉积氧化镁衬底技能以及自组装纳米级柱状毛病技能。
值得关注的是，这三种技能均是戈亚尔及其团队开拓的。
个中，基于离子束赞助沉积氧化镁衬底技能的公司包括：SuperPower、MetOx、Fujikura、SuNAM、SuperOx 和上海超导等。
在这项研究中，HTS 导线也采取了离子束赞助沉积氧化镁衬底技能，并基于 REBCO 制备而成。
在合成上，他们采取了一种戈亚尔团队此前宣布过的相分离和应变驱动自组装（SPSO，simultaneous phase separation and strain-driven ordering）工艺。目前，该工艺已被许多 HTS 导线制造商采取。
通过原位沉积的 REBCO 相，研究者在薄膜中实现纳米级间距的非超导纳米柱状毛病，通过掺杂稀土金属位点，实现了通量钉扎增强。
这些纳米级毛病的引入，可以显著提高薄膜的电流。
戈亚尔对媒体表示：“高临界电流密度是通过稀土掺杂、氧点毛病和绝缘锆酸钡纳米柱，及其描述的钉扎效应共同实现的。”
图丨脉冲激光沉积法用于加热 HTS 导线（来源：纽约州立大学布法罗分校）
该团队所开拓的 HTS 导线的适用温度范围非常广泛。从详细数值来看，涵盖了从液氦温度（4.2K）到液氮温度（77K）。
在 4.2K 下测得自场（即没有外部磁场）条件下的电流密度为 190MA/cm2，7T 磁场下为 90MA/cm2。
在 20K 条件下，自场下的电流密度为 140MA/cm2，7T 下为 60MA/cm2。
其余，在 4.2K 和 20K 条件下，7T 的磁场强度时，不雅观察到非常高的钉扎力，分别为 6.4TN/m3 和 4.2TN/m3。
值得一提的是，该 HTS 薄膜的厚度虽然仅有 0.2 微米，但它的电流承载能力和厚度靠近其 10 倍的商用超导导线相称。
从更多运用的可能性来看：
发电和能源传输方面，HTS 能够促进海上风力发电机的发电量翻倍，并可用于电网规模的超导磁能存储系统。
在电力传输中，HTS 可以实现大电流直流、互换输电线的无损电力传输，并提高超导变压器、电动机和电网故障电流限定器的能源效率。
清洁能源方面，HTS 在商业核聚变方向具有运用潜力。目前，环球的商业核聚变公司超过 40 家，而仅 HTS 导线开拓的投入就超过数十亿美元。
此外，HTS 导线还可能在医学领域，如新一代核磁共振成像和波谱法，其潜在运用处景还包括高场磁体等浩瀚物理运用、国防领域等。
戈亚尔认为，“要充分实现超导体大规模、空想的运用，关键在于提高性价比。”
谈及该研究的影响，他对媒体表示：“（该研究的）这些结果将有助于辅导行业进一步优化沉积和制造条件，从而显著提高商用涂层导体的性价比。”
参考资料：
1.https://ieeexplore.ieee.org/xpl/tocresult.jsp?isnumber=10348035&punumber=77
2.Goyal, A., Kumar, R., Yuan, H. et al. Significantly enhanced critical current density and pinning force in nanostructured, (RE)BCO-based, coated conductor. Nature Communications 15, 6523 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-50838-4
3.https://www.buffalo.edu/news/releases/2024/07/worlds-highest-performance-superconducting-wire-segment-fabricated-at-UB.html
4.https://www.superconductorweek.com/2021/04/13/an-interview-with-amit-goyal/
5.https://www.buffalo.edu/news/releases/2018/02/016.html
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