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常溫常壓超導體,將引新工業革命!為何專家指超車量子運算?

胡華勝
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胡華勝

2023-08-01

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專家指出,全球超導體發展速度,確實已超車量子運算,值得台灣產業界與學界高度重視。取自ScienceCast
專家指出,全球超導體發展速度,確實已超車量子運算,值得台灣產業界與學界高度重視。取自ScienceCast

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韓國團隊上周發表以LK99合成出的常溫常壓超導體成果,引發熱議。根據國內深諳此領域的留美專家指出,全球超導體發展速度,確實已超車量子運算,值得台灣產業界與學界高度重視。到底,超導體革命將為全人類帶來多大震撼?一文帶你理解背後原理與具體應用。

為什麼南韓科學家此次發布,以改良過的LK-99(磷灰石)合成出來的超導體,讓外界特別矚目?《遠見》專訪一名留美深諳此領域專家,提出背後原理與發展全解析。

首先,超導體的研究由來已久,1987年台灣出身的科學家朱經武與吳茂昆,也曾因在高溫超導體方面有空前創新,成為全球風雲人物。

但是這次的常溫常壓超導體,能迅速引起全球驚嘆,專家分析,背後有兩個關鍵原因:首先,用改良過的LK99(改良性鉛磷灰石晶體結構)就能做,主要成分就是鉛、銅與磷酸,這些都是很容易取得的材料;第二個則是在常溫及常壓條件下實現超導體,代表所需的設備要求,也相對容易達成。這些都是全球許多超導體研究團隊,一直苦心突破不了的天花板。

這位專家更直言,超導體發展速度之快,已經超越量子運算,非常有機會接棒新一波工業革命。這場超導體創新也可說是產業革命。

解決半導體缺電危機,靠「零電阻」+儲能? 

電機專家表示,常溫常壓超導體的實現,可以解決當前龐大的能源消耗問題,特別是面對電力傳輸時因電阻產生的消耗,提供了解決辦法。可以簡單從超導體的特性,歸納出來未來發展性。

超導體具備「零電阻」和「抗磁性」2大特點。意味著電流一旦在超導體中形成,它可以無限期地持續流動,不需要任何額外能量輸入,猶如「能量不滅」,如此一來就可以解決半導體晶圓廠龐大的耗能問題。

但是,電力還是會耗損,主要是各種高科技產品中,裡面有為數不少的電晶體,這些電晶體是造成電力耗損的主因。專家指出,晶體都會有漏電(也是一種耗能狀況)而耗損電力,這個狀況就像是手機電池充飽電後關機,靜置了一個禮拜後,重開機時電力並不是100%,歸咎原因正是漏電流所引起。

以耗電極高的EUV半導體製程中,自然也有電晶體設備漏電流的狀況,未來會有將漏電流收集起來的儲能方法與裝置,就可以阻斷電力的消耗。讓超導體運用在電力傳輸與使用過程中達到最佳效益。

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常溫常壓超導體,也能促進交通創新?

此外,超導體除了可以解決缺電危機,對科技發展還有什麼應用?專家指出,超導體另一個「抗磁性」的特點,也有不可小覷的威力。

由於超導體還具有強大的磁阻性,使得超導體能排斥磁場,磁場也無法進入超導體內部,因此只會在超導體的表面形成一個極薄的磁場層。

所以,當超導體在磁場中移動時,會產生一股阻力,使得超導體在磁場中浮起來,這種效應也是所謂的「梅森效應」,當前磁浮列車能夠在空中浮起來,就是採用這樣的技術,不會有軌道列車產生的摩擦力。

專家認為,若常溫常壓超導體實現,也能廣泛運用在交通上,可以大幅提升運輸效益,許多創新的智慧化交通運輸工具,將可望快速實現。

超導體還能應用在醫療上

另外,許多人可能不知道,超導體的應用還有很多,目前最普及的以醫療使用核磁共振(MRI)最常見;其次是無線通訊使用的超導濾波器。

自1911年起,超導體被科學家發現後,相關的應用已經愈來愈多,但仍受限於超導體特定溫度下才能呈現超導狀態,也成為科學家急欲突破的關鍵方向。其他還在實驗室階段的,不乏基礎科技研究應用、超導發電機或是軍事用途的應用。

如此看來,當韓國常溫常壓超導體的成果若確認可行,肯定為全人類帶來非常多創新機會,商機更不容錯過。

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