根据导电能力，材料可分为两类。铜、银等金属允许电子自由移动，并携带电荷。橡胶、木材等绝缘体则紧紧束缚电子，不允许电流通过。
20世纪初，物理学家开发出新的实验室技术，能够将材料冷却至接近绝对零度（-273 °C），并开始研究在如此极端条件下，材料的导电能力会如何变化。他们在汞、铅等一些简单元素中发现了令人瞩目的现象：低于某个温度后，这些材料可以无电阻地导电。自这一发现以来的几十年间，科学家在数千种化合物中发现了相同的行为，从陶瓷到碳纳米管皆是如此。
如今，我们认为这种物质状态既不是金属，也不是绝缘体，而是一种称为超导体的奇异第三类。超导体能够完美导电，这意味着超导线中的电流可以持续循环数十亿年，永不衰减或耗散。
电子驶入快车道
在微观层面，超导体中的电子与普通金属中的电子行为截然不同。超导电子两两配对，使它们能够轻松地从材料的一端移动到另一端。这有点像繁忙高速公路上的优先通勤车道。单独的电子会陷入拥堵，在行进途中与其他电子和障碍物相撞；而成对的电子则获得优先通行权，可以沿着材料中的快车道前行，避开拥堵。
超导体已在实验室之外的技术中得到应用，例如 磁共振成像 （MRI）。MRI设备利用超导体产生强磁场，让医生能够以非侵入方式对患者体内进行成像。超导磁体还使近期在 希格斯玻色子 的探测成为可能，探测地点为 欧洲核子研究中心（CERN）；超导磁体通过弯曲并聚焦相撞粒子束实现了这一点。
超导体的一项有趣且可能有用的特性，是它们置于强磁体附近时所表现出的现象。磁场会使电流自发地在超导体表面流动，继而产生自身的反向磁场。其结果是，超导体会在不可见磁力的作用下显著悬浮于磁体上方，飘浮在空中。
阻碍这些材料得到更广泛应用的，是目前已知的超导体只能在极低温度下工作。例如，在简单元素中，超导性仅在10开尔文（或-263 °C）时便会消失。在钇钡铜氧化物（YBa2Cu3O7）等更复杂的化合物中，超导性可能会持续到更高温度，最高可达100开尔文（-173 °C）。尽管这比简单元素有所改善，但温度仍远低于南极洲最寒冷冬夜的气温。
科学家梦想找到一种材料，使其超导特性能够在室温下发挥作用，但这项任务极具挑战性。升高温度往往会破坏将电子结合成超导配对的“胶水”，使材料重新回到平淡无奇的金属状态。该领域的一大挑战在于，除了少数有限情形外，我们对这种“胶水”仍知之甚少。
从超原子到超导体
南加州大学的 一项新研究
为增进我们对超导性如何产生的理解迈出了新颖的一步。Vitaly Kresin及其同事没有研究导线等块状材料中的超导性，而是成功分离并检查每次由几十个铝原子组成的小团簇。这些微小原子团簇可以像“超原子”一样发挥作用，以模拟单个巨大原子的方式共享电子。
令人惊讶的是，对这些团簇的测量揭示了一种可能的电子配对特征，而且这种配对可一直持续到100开尔文（-173 °C）。当然，这仍是一个严寒的温度，但比一段铝线的超导温度高100倍。为什么一小撮原子能在远高于构成导线的数百万个原子所需的温度下实现超导？物理学家已有一些想法，但这种效应在很大程度上仍未得到探索；它或许能为寻求更高温度下的超导性提供一条有趣的前进道路。
谁想要悬浮滑板？
如果物理学家能够实现室温超导这一目标，并找到一种易于制成导线的材料，重要的新技术很快就会随之出现。首先，用电设备的效率将大幅提高，耗电量也会减少。
远距离输送电力也将变得容易得多，这对于可再生能源应用尤其有用；有人还提出铺设巨型超导电缆，将欧洲与北非的太阳能农场连接起来。
超导体能够悬浮在强磁体上方这一事实，也为高效、超高速列车创造了可能：列车可像《回到未来》中的Marty McFly的悬浮滑板那样，浮在磁轨上方。日本工程师曾试验用大型超导体替代列车车轮，使车厢悬在轨道上方几厘米处。这个设想原则上可行，但问题在于，列车必须携带装有液氦的昂贵储罐，才能让超导体保持低温。
除非发现室温超导体，否则许多超导技术可能仍会停留在设计阶段，或因成本过高而无法实施。不过，Kresin团队取得的进展或许确实会成为这段探索旅程中的一个里程碑。 本文由The Conversation 合作发表。阅读原文
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作者：Michael Sutherland是剑桥大学皇家学会大学研究员。
