超導材料，這一被譽為具有革命性意義的物質，在醫療保健、能源傳輸乃至量子計算等多個領域展現出了巨大的應用潛力。然而，一個顯著的障礙限制了其廣泛應用：超導材料僅在接近絕對零度的極低溫度下才能展現超導特性。這一限制促使科學家們長期以來致力于開發能夠在室溫下工作的超導材料，但一個核心問題始終懸而未決：超導性是否存在一個不可逾越的溫度上限？
解答這一問題對于判斷室溫超導體的可行性至關重要。如果確實存在一個低于室溫的理論上限，那么實現室溫超導體的夢想將從根本上破滅。近日，倫敦瑪麗女王大學的研究團隊取得了突破性進展，他們的最新研究成果揭示了影響超導溫度上限的關鍵因素，并界定了超導性可能達到的最高溫度范圍。
研究團隊深入探討了基本物理常數在超導現象中的作用，這些常數包括電子質量、普朗克常數（h）、電子電荷以及精細結構常數（α）。這些常數在諸多自然現象中發揮著決定性作用，從原子穩定性到恒星形成，再到生命必需元素的合成，無一不受到它們的影響。在固體材料中，原子因熱能而圍繞固定位置振動，這種振動的速度取決于鍵強度和原子質量，而這兩者又受到量子力學和電磁學的制約，而這兩大學科的基礎正是這些基本常數。
通過對基本常數如何影響原子間相互作用的分析，研究團隊發現，這些常數對固體材料中原子振動的速度設定了嚴格的上限。這意味著聲子——即材料中原子的集體振動——的頻率存在一個最大值。在眾多超導材料中，聲子在電子配對（庫珀對）過程中扮演著關鍵角色，是實現超導性的基礎。聲子的頻率直接影響這種配對的強度，進而決定了超導性能發生的最高溫度（TC）。
由于基本常數對聲子頻率設置了上限，它們也相應地限制了超導材料中TC的上限。研究團隊指出：“超導溫度TC的上限與電子質量、電子電荷以及普朗克常數等自然的基本常數密切相關。”
利用這些基本常數，研究團隊確定了超導性可能存在的溫度范圍為100開爾文至1000開爾文，這一范圍涵蓋了標準室溫值，即20至25攝氏度。這一發現意味著，在理論層面，室溫超導是可能的。
“鑒于我們宇宙的常數，室溫超導在理論上的可行性令人振奮。”研究人員表示，“這一發現激勵我們繼續探索、實驗，并努力突破可能的邊界。”他們強調，這一研究結果已經得到了另一項獨立研究的驗證。
該研究已在《物理學雜志：凝聚態物理》上發表，為超導材料的研究開辟了新的方向，也為未來室溫超導材料的開發奠定了理論基礎。
