高温超导材料及其在可控核聚变中的应用 20251102 摘要 超导体可以根据不同标准进行分类： 超导材料的三个关键证据是零电阻、完全抗磁性和比热曲线的跳变。同 时具备这三者，材料很可能具有超导性。临界温度、临界磁场和临界电 流密度是衡量超导材料性能好坏的主要指标，直接影响其应用潜力。 超导材料根据临界场可分为第一类和第二类，后者更具实用性。根据转 变温度分为低温（<40K）和高温（>40K）超导材料。高温超导不必然 是非常规超导体，需具体分析其机制是否符合 BCS 理论框架。 实用化的超导材料包括铌钛合金、铌三锡、二硼化镁等低温超导材料， 以及铜氧化物和铁基高温超导材料。铌钛合金和铌三锡已广泛应用于核 磁共振等领域，但需液氦冷却，二硼化镁因临界电流密度较低，应用受 限。 超导材料主要应用于强电和弱电领域。强电领域如核磁共振仪、粒子加 速器和核聚变磁约束线圈，对临界电流密度要求高。弱电领域如城市输 电电缆，旨在减少能量损失，但进展缓慢。核聚变技术是超导行业发展 的重要驱动力。 Q&A 高温超导材料在可控核聚变中的应用有哪些？ 高温超导材料在可控核聚变中具有重要应用，主要体现在其零电阻和完全抗磁 性这两个基本特性 ...

技术突破 - 国际研究团队在《自然·纳米技术》发表论文，宣布制备出具有超导性的锗材料，能够在零电阻状态下导电，使电流无损耗地持续流动 [1] - 通过分子束外延技术将镓原子精确嵌入锗晶格实现高浓度掺杂，为在成熟半导体工艺基础上开发可扩展量子器件开辟新路径 [1] - 高浓度掺杂过去常导致晶体破坏，此次研究通过精确控制生长条件克服障碍，获得稳定超导态 [1] 锗材料供需基本面 - 中国是全球最大的锗生产国，近年来持续加强对锗的出口管制，全球锗供应量或继续受限 [1] - 需求端，军事红外、低轨卫星、通信、光伏等领域景气提升，预计对锗的需求量将持续增长 [1] - 尽管高位锗价使下游企业购买热情退却，但供弱需强的局面奠定锗价上行基础，预计未来锗价将再度开启上升通道 [1] 锗资源储量与供给 - 锡林郭勒盟地区锗金属储量3458吨，约占全国锗储量68%，占世界锗储量的38% [2] - 该地区乌兰图嘎锗煤露天矿是国内最大锗矿，探明锗资源量1217万吨，平均品位123.47克/吨，年产含锗褐煤90万吨，折合金属量约111吨 [2] - 全球稀散金属龙头企业先导集团已在当地投资锗资源和产品建设，未来有望继续增加锗供给 [2] 主要锗业公司 - 目前长期有锗产量的公司主要有云南锗业、驰宏锌锗、中金岭南、罗平锌电等 [2]

长期以来，科学家一直希望让半导体材料具备超导特性，以提升计算机芯片和太阳能电池的运行速度与能源效率，推动量子技术发展。然而，在 硅、锗等传统半导体中实现超导性极具挑战。 一个国际研究团队在最新《自然·纳米技术》发表论文称，他们制备出具有超导性的锗材料， 能够在零电阻状态下导电，使电流无损耗地持续流动。 在锗中实现超导，为在现有成熟半导体工艺基础上开发可扩展量子器件开辟了新路径。 （本文来源：科技日报） 下载财联社APP获取更多资讯 准确 快速 权威 专业 7x24h电报 头条新闻 VIP资讯 实时盯盘 此次突破由美国纽约大学、俄亥俄州立大学和澳大利亚昆士兰大学、瑞士苏黎世联邦理工学院等机构科学家合作完成。他们通过分子束外延技术， 在将镓原子精确嵌入锗的晶格中，实现高浓度掺杂。 分子束外延是一种可以逐层生长晶体薄膜的方法，能实现原子级的精确控制。通过这种方式，研究团队获得了高度有序的晶格结构。尽管掺杂导致 晶格轻微变形，但材料依然稳定。这种经过调控的锗薄膜在约3.5开尔文（约-269.7℃）时展现出超导性。 锗和硅同属元素周期表IV族，属于半导体材料，广泛应用于计算机芯片和光纤等现代电子器件。使其具有超导性的关 ...

团队强调，这种材料能构建超导与半导体区域之间的清洁界面，是实现集成量子技术的关键一步。由于 锗已在先进芯片制造中广泛应用，这项技术有望兼容现有代工厂流程，加速量子技术的实用化进程。 （文章来源：科技日报） 分子束外延是一种可以逐层生长晶体薄膜的方法，能实现原子级的精确控制。通过这种方式，研究团队 获得了高度有序的晶格结构。尽管掺杂导致晶格轻微变形，但材料依然稳定。这种经过调控的锗薄膜在 约3.5开尔文（约-269.7℃）时展现出超导性。 锗和硅同属元素周期表IV族，属于半导体材料，广泛应用于计算机芯片和光纤等现代电子器件。使其 具有超导性的关键在于引入足够多的导电电子，在低温下形成配对并协同运动，从而消除电阻。过去， 高浓度掺杂往往导致晶体破坏，难以获得稳定超导态。此次研究通过精确控制生长条件，克服了这一障 碍。 团队成员指出，锗本身在常规条件下并不具备超导能力，但通过改变其晶体结构，可以诱导出支持电子 配对的能带结构，从而实现超导。这一成果不仅拓展了对IV族半导体物理性质的理解，更打开了将其 用于下一代量子电路、低功耗低温电子设备和高灵敏度传感器的可能性。 一个国际研究团队在最新《自然·纳米技术》发表论文称 ...

新材料突破 - 美国莱斯大学团队在二硫化钽（TaS2）中掺入微量铟元素，制备出具有"克莱默节点线"金属特性的新材料 [1] - 该材料同时具备超导性和拓扑电子结构，为新一代高性能电子器件开发提供新途径 [1] - 研究成果发表于《自然·通讯》杂志，标志着材料科学领域的重要进展 [1]

新型材料发现 - 美国罗格斯大学团队发现新型材料"晶间"，具有此前未被发现的电子特性 [1] - 材料通过"扭曲电子学"技术制备，即特定角度扭曲二维材料层形成摩尔纹结构 [1] - 材料由两层超薄石墨烯堆叠，其中一层在六方氮化硼基底上轻微扭曲形成 [1] 材料特性 - 晶间材料兼具晶体与准晶体特征，具有非周期性结构图案但保留传统晶体对称性 [2] - 仅通过调整几何结构即可控制电子行为，无需改变材料化学成分 [2] - 材料可能导致超导性和磁性等新颖物理现象 [2] 潜在应用 - 有望开发更高效晶体管、传感器等电子器件 [2] - 可用于低能耗电子器件和原子级传感器 [2] - 在量子计算机构建中可能发挥关键作用 [2] - 可能为新一代消费电子产品提供动力 [2] - 未来或实现通过结构变形设计完整原子级电路 [3] 制备方法 - 将两层一原子厚石墨烯堆叠，其中一层轻微扭曲形成摩尔纹图案 [1][3] - 结构变化类似两个细网屏重叠时出现的视觉效果 [1] - 细微结构变化显著改变电子传输行为 [1]