前言
2023年7月22日，韩国科研团队“量子能源研究中心”在预印本arXiv上发布了一篇关于首个室温常压超导体的论文。文章宣称，他们首次成功合成了常压下的室温超导体（≥400K，127℃），其结构为改性铅磷灰石（LK-99）。尽管随后该“成果”被各国的科学家所证伪，但其引起的现象级舆论风波再一次将超导这个科研领域推到大众视野的面前。
那么，什么是“超导”，超导领域经历了怎样的发展历程，聚焦于教育软件开发领域的宙思科技将如何阐释这个学科的基础原理。我们将通过这篇文章向读者详细讲述。
什么是超导现象？
“超导”是指某些物质在一定温度和磁场条件下（一般为较低温度和较小磁场）电阻降为零，同时表现出完全抗磁性的状态。超导态具有一系列临界参量，如临界温度、临界磁场、临界电流密度等。必须同时低于三个临界参量，超导态才能维持住，一旦材料的物理量超越临界参量，超导态将被破坏，变回非超导的正常态，此时恢复为有电阻态，磁通线也可以进入超导体内部。
物体超导状态下电阻为零
作为物理学的重要分支领域，超导现象被发现以来，因其深远和诱人的应用前景，引起了广泛的讨论和研究。
超导研究的历程
1911年，荷兰物理学家H·卡末林·昂内斯发现汞在温度降至4.2K附近时突然进入一种新状态，其电阻小到超出了仪器测量的量程（Ω），他把汞的这种状态称为“超导态”，意即实现了超级导电性。
汞的零电阻态
1933年，德国物理学家迈斯纳和奥森菲尔德共同发现了超导体的另一个极为重要的性质——当金属处在超导状态时，超导体会把原来存在于体内的磁场排挤出去，超导体内的磁感应强度为零。
对锡块进行实验发现：锡块降温到1.6K变成超导态时，锡块周围的磁场会发生变化，磁力线似乎一下子被排斥到超导体之外去了，人们将这种完全抗磁现象称之为“迈斯纳效应”。迈斯纳效应有着重要的意义，它意味着超导体具有其他材料无法达到的100%抗磁体积。
“迈斯纳效应”图解
此后半个世纪的时间，全球科学家一直在孜孜不倦地探索和发掘新型超导材料。1986年，在瑞士IBM实验室工作的科学家柏诺兹和缪勒，首次发现钡镧铜氧化物是高温超导体，成功将超导温度提高到35K，正式拉开了新一类铜氧化物高温超导体的研究和应用序幕。
部分超导体材料及其结构
而在我国，关于超导领域的研究也受到高度重视。1987年，由中国科学院物理研究所赵忠贤、陈立泉领导的研究组，获得了48.6K的锶镧铜氧系超导体，并看到这类物质有在70K发生转变的迹象。经过对钡钇铜氧体系的进一步探索，他们最终发现了93K的超导电性，实现了液氮温区超导临界温度的首次突破。
2023年7月，中山大学物理学院王猛团队宣布在单晶样品中发现高压诱导的约80K超导电性（压力为14GPa），镍基超导体临界温度正式突破了液氮温区。
中国高温超导研究奠基人：赵忠贤（左三）
宙思产品介绍：超导科技体验馆
为了提升学生和大众对超导领域的了解，宙思科技自主开发、打造了一个旨在科普超导技术及其发展历程的虚拟科技馆，力图使用户快速了解超导的基本概念以及未来的应用前景。通过创设虚拟的科技体验馆、仿真的三维实验室，让相关专业的学生或是对超导领域感兴趣的用户，模拟高温超导实验，观看超导磁悬浮列车、超导核电站等应用案例动画，从而深刻地把握超导的优势和发展方向。
软件封面图呈现出三维立体的效果
作为一项前沿的科技教育工具，该软件采用了先进的虚拟现实技术，具备沉浸式学习体验、交互式实验操作、直观式动画演示等多种特色，能有效激发用户的学习兴趣，提升用户学习的主动性和积极性。同时，该软件也是国内较为少见的专门讲述超导学科知识的虚拟仿真教育软件，对于提升公众对该学科的认知度具有可观的效用。具体而言，超导科技体验馆包含了以下的体验内容。
任务的推进全程具有清晰引导
一、电阻效应试验操作。用户在这个环节当中，将会模拟闭合电路的物理实验，通过将导线与单刀双掷开关、电流表、电压表、滑动变阻器等实验仪器正确连接，直观感受电阻对电流强度的影响。
导线连接交互操作
二、电脑分析回路功率。在成功连接闭合电路后，用户来到实验室电脑面前，可以观看到电子移动的二维动画演示，在生动有趣的语音讲解当中，进一步了解电阻对电流大小的削弱作用。
电子移动的二维动画
随后根据计算机分析出来的实验结果，用户需要填写一份简单的实验数据记录表，对输出功率和功率损耗等数据进行及时的跟踪和记录。
填写实验数据记录表
三、高温超导模拟实验。正式开始任务前，用户需要在实验室的文件柜里取出知识档案，阅读关于高温超导体YBCO（钇钡铜氧）的介绍内容，以更好地理解超导体的应用原理。
阅读文件柜里的知识档案
随后，通过组装真空泵仪器，进行空气抽取、添加液氮等一系列的操作，最终让仪器内的钇钡铜氧超导体悬浮起来。伴随着任务流程的顺利开展，系统会弹出相应的知识点对话框和科普动画，让用户更加全面地了解超导现象发生的必要条件。
加入液氮后超导体实现悬浮状态
四、超导磁悬浮列车运行演示。作为超导原理的重要应用案例，超导磁悬浮列车在上个世纪70年代便成功进行了载人可行性试验。在该软件当中，用户能看到超导磁悬浮列车的逼真三维模型，并观看列车模型在轨道上运行的动画。第三人称俯瞰视角和第一人称驾驶室视角，为用户提供了两种不同的视觉体验；可调节的速率（分为一档、二档和三档）也加强了用户对列车的操控感，更加强烈地呈现出超导磁悬浮列车的“速度与激情”。
超导磁悬浮列车模型运行动画
当然，为了让用户更好地把握超导磁悬浮列车的运作机制，系统也嵌入了介绍超导电机原理的科普动画，详细讲述这类交通工具借助“完全抗磁性”所实现的速度飞跃。
超导电机原理动画
五、参观超导核聚变发电站沙盘。该沙盘以法国ITER核聚变实验中心为原型进行搭建，提供三种不同的外部视角让用户进行俯瞰观察，同时配备了“自动巡检”模式让用户跟随系统的视角自动察看沙盘的全貌。
超导核聚变发电站沙盘
此外，发电站的内部核心装置——托卡马克，可提供拆解、安装等交互操作，让用户全方位、多角度地理解其物理构成；而它的发电原理，也将通过动画播放的形式，为观众讲述超导技术是如何应用于产生托卡马克强磁场的线圈上，保障热核聚变能受控、连续产出。
托卡马克所应用的超导技术
除了上述核心功能以外，科技馆内部以及走廊的墙上，也专门设置了丰富的展板，为观众提供极其详细的知识点信息。漫游其中，用户不仅能对超导的含义、高温超导的定义、高温超导的发展历程等基本的学科概念建立起基本的认知，也能按照时间脉络了解超导这个领域的代表性科学家。
展板呈现的科普内容
结语
超导技术不仅是物理学领域的一个重大突破，它也正在逐步成为推动未来科技革新的关键因素。从超导磁悬浮列车到核聚变发电，超导技术的应用前景无限广阔。宙思科技的超导科技体验馆不仅提供了一个交互式的学习平台，更是为大众理解和探索这一前沿技术开辟了新的路径。我们衷心地希望用户能够通过这款软件，更深入地了解超导技术，从而对人类的未来产生更多的期待和想象。只有充满期盼和希望，科技的变革才有可能真正地到来。
真诚、开放、创新、求精
