一般认为，得到室温环境下的超导体是不可能的，但是南加州大学（USC）的科学家们最近发现了一种能实现这一幻想的材料。

由USC物理系教授Vitaly Kresin领导的科研小组在研究中发现，温度为100K时，在铝‘超原子’—铝原子簇—中发现形成电子库珀对（具有超导性的关键）。

尽管100K也并不算高，大约相当于-280℉，但是与体相铝金属相比已经非常高了，体相铝金属需要在1K(-457℉)的温度条件下才会变成超导体。

该论文的通讯作者Kresin说：“这也许是一种新型超导体，其他种类的超原子也很可能在更高的温度下变成超导体。” 这篇文献发表在1月28号的《Nano Letters》上。USC的研究生Avik Halder和博士后研究员Anthony Liang为共同作者。

电能传输的未来

超导体具有无电阻传输电流的能力，这意味着在传输过程中不会有能量损失。

你的笔记本电脑在保持开机状态一段时间后会发烫就是因为电阻的存在，电流流过机器的回路，电阻就会发热—浪费能量。

除了这种特殊的应用外，超导体还可以用于核磁共振仪，能让磁悬浮列车漂浮起来的强力电磁铁，超大型粒子加速器和超灵敏的磁场传感器。仅举一例说明，工程师能利用常温超导体大大提高所有电子设备的效率。

库珀对：电子舞伴

库珀对最先由Leon Cooper在1956年成功预言，它是特定条件下，比如超低温，材料中两个电子互相吸引形成的。

Kresin解释说：“想象一下，在一个巨大的舞厅里面，全是两两配对的舞者，但是舞伴是随机分散在大厅的各个角落的。可能你的舞伴在吧台附近，而你确在舞台的中央。但是你们的舞蹈动作是一致的—你跟你的舞伴动作非常协调。接着再想象一下，每隔一段时间，所有人都交换舞伴。这就是库珀对理论的一个类比。”

当电子流过材料时，材料的各种缺陷导致它们偏离方向。这就是所谓的电阻，会到导致能量以热能的形式损失出去。

不过，如果电子都成为了库珀对，这种弱耦合作用力的能保证电子按部就班的前进，无论它们碰没碰到材料缺陷。库珀对就是让材料具有超导性的原因。

超原子的超导性

超原子某种程度上就像一个很大的原子。电子运动在一个可预测的壳体里面，就好像单个原子的电子云。

电子壳层是量子效应的产物—由量子力学法则描述的一种物理现象。壳体就是原子周围电子的轨迹。电子的排布遵循这样一个规则：离核最近的轨道上有2个电子，最外层电子数不超过8个，次外层不超过18个电子等。

超原子具有电子壳层让科学家们怀疑超原子可能也具有另一个量子效应：库珀对。

为了检验这一假说，Kresin和他的团队煞费苦心地制备了特定大小的铝超原子（从32原子大小到95原子大小），然后在不同的温度下用激光束照射超原子。将超原子中激发出来的电子与当时的激光能量一并记录下来。

在原子数目较少时，得到的数据点连起来是一条上升的简单曲线—因为随着激光能量的上升，激发出来的电子成比例地增加了。

而由37，44，66和68个铝原子组成的超原子的图像却大大不同，它们有一个凸状的峰，这说明在一定的能量水平时，电子会对抗激光以不脱离体系—也许是因为库珀对使得电子间彼此存在耦合。

当温度降低时，曲线凸起了—临界值大约在100K，这说明其中的电子很可能形成了库珀对。

超导体的未来

形成库珀对的超原子为超导体性质的研究打开了新的疆域。科学家们将深入探索不同尺寸超原子的超导性，和各种能制备超原子的元素。

Kresin说：“100K还不是极限温度，这仅仅是一个开始。”

Kresin还设想以后可以将超原子链放在基底材料上建造电路，让电流无电阻的通过超原子链。

 

新材料在线编译整理—— 翻译：木成