超導(dǎo)材料，這一被譽(yù)為具有革命性意義的物質(zhì)，在醫(yī)療保健、能源傳輸乃至量子計(jì)算等多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。然而，一個(gè)顯著的障礙限制了其廣泛應(yīng)用：超導(dǎo)材料僅在接近絕對零度的極低溫度下才能展現(xiàn)超導(dǎo)特性。這一限制促使科學(xué)家們長期以來致力于開發(fā)能夠在室溫下工作的超導(dǎo)材料，但一個(gè)核心問題始終懸而未決：超導(dǎo)性是否存在一個(gè)不可逾越的溫度上限？

解答這一問題對于判斷室溫超導(dǎo)體的可行性至關(guān)重要。如果確實(shí)存在一個(gè)低于室溫的理論上限，那么實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)體的夢想將從根本上破滅。近日，倫敦瑪麗女王大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)取得了突破性進(jìn)展，他們的最新研究成果揭示了影響超導(dǎo)溫度上限的關(guān)鍵因素，并界定了超導(dǎo)性可能達(dá)到的最高溫度范圍。

研究團(tuán)隊(duì)深入探討了基本物理常數(shù)在超導(dǎo)現(xiàn)象中的作用，這些常數(shù)包括電子質(zhì)量、普朗克常數(shù)（h）、電子電荷以及精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)（α）。這些常數(shù)在諸多自然現(xiàn)象中發(fā)揮著決定性作用，從原子穩(wěn)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(dòng)，這種振動(dòng)的速度取決于鍵強(qiáng)度和原子質(zhì)量，而這兩者又受到量子力學(xué)和電磁學(xué)的制約，而這兩大學(xué)科的基礎(chǔ)正是這些基本常數(shù)。

通過對基本常數(shù)如何影響原子間相互作用的分析，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，這些常數(shù)對固體材料中原子振動(dòng)的速度設(shè)定了嚴(yán)格的上限。這意味著聲子——即材料中原子的集體振動(dòng)——的頻率存在一個(gè)最大值。在眾多超導(dǎo)材料中，聲子在電子配對（庫珀對）過程中扮演著關(guān)鍵角色，是實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)性的基礎(chǔ)。聲子的頻率直接影響這種配對的強(qiáng)度，進(jìn)而決定了超導(dǎo)性能發(fā)生的最高溫度（TC）。

由于基本常數(shù)對聲子頻率設(shè)置了上限，它們也相應(yīng)地限制了超導(dǎo)材料中TC的上限。研究團(tuán)隊(duì)指出：“超導(dǎo)溫度TC的上限與電子質(zhì)量、電子電荷以及普朗克常數(shù)等自然的基本常數(shù)密切相關(guān)。”

利用這些基本常數(shù)，研究團(tuán)隊(duì)確定了超導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)室溫值，即20至25攝氏度。這一發(fā)現(xiàn)意味著，在理論層面，室溫超導(dǎo)是可能的。

“鑒于我們宇宙的常數(shù)，室溫超導(dǎo)在理論上的可行性令人振奮。”研究人員表示，“這一發(fā)現(xiàn)激勵(lì)我們繼續(xù)探索、實(shí)驗(yàn)，并努力突破可能的邊界。”他們強(qiáng)調(diào)，這一研究結(jié)果已經(jīng)得到了另一項(xiàng)獨(dú)立研究的驗(yàn)證。

該研究已在《物理學(xué)雜志：凝聚態(tài)物理》上發(fā)表，為超導(dǎo)材料的研究開辟了新的方向，也為未來室溫超導(dǎo)材料的開發(fā)奠定了理論基礎(chǔ)。