在装置设计上，钻石依然不可或缺。团队制作了"钻石砧"。它由两块平坦的钻石表面组成，每块宽约 400微米，大致相当于4颗尘埃颗粒的宽度。这两个表面在高压腔中挤压在一起，高压腔能产生超过3万 倍大气压的极端环境。 科技日报北京9月15日电 （记者张佳欣）据最新一期《自然·通讯》杂志报道，美国华盛顿大学领导的研 究团队研制出一种量子传感器，能够在超过大气压3万倍的极端条件下稳定工作，并实现对材料应力和 磁性的高灵敏测量。这是首个在如此高压环境中成功运行的量子传感器，为探索物质在极端状态下的量 子效应开辟了新途径。 此次团队利用中子辐射束从氮化硼薄片中击出硼原子，在晶格中留下空位。这些空位可以立刻捕获电 子。由于量子级相互作用，电子的自旋能量会根据磁性、应力、温度以及附近材料的其他特性而改变。 通过追踪每个电子的自旋，他们能在量子层面深入洞察被研究的材料。 此前，团队曾经基于钻石缺陷开发出量子传感器。但因为钻石是三维结构，很难让传感器紧贴待研究的 材料。相比之下，氮化硼薄片的厚度可以小于100纳米，大约是一根头发丝宽度的千分之一。这种传感 器本质上是嵌在二维材料里的，传感器与被测材料之间的距离不到1纳米，极大提升了信 ...

文章核心观点 - 超导磁体利用超导材料在极低温下实现零电阻特性 通过超导线圈产生强磁场 核心优势包括电流无损耗传输和自维持稳定磁场[1][2] - 超导磁体分为低温超导和高温超导两类 低温超导技术成熟且占市场主导 高温超导因制冷成本低和稳定性高而增长潜力显著[1][3] - 全球超导材料市场规模持续增长 预计2025年达71.3亿欧元 中国超导产业实现跨越式发展 2025年市场规模预计突破92亿元[1][9] - 产业格局方面 低温超导由西部超导和欧美企业主导 高温超导形成以上海超导为代表的竞争梯队 国产材料成本下降加速商业化[1][12] - 未来超导磁体发展聚焦高温超导材料产业化与成本控制 低温超导高场强技术突破 并与核聚变、新能源、人工智能等战略领域深度融合[1][16] 超导磁体行业相关概述 - 超导磁体利用超导材料在临界温度以下实现零电阻特性 通过超导线圈产生强磁场 核心原理是电流无损耗传输和自维持稳定磁场[2][4] - 超导磁体分为低温超导磁体和高温超导磁体两大类 低温超导采用NbTi或Nb₃Sn材料 需液氦冷却 技术成熟且磁场强度高 广泛应用于MRI、粒子加速器和核聚变装置[3] - 高温超导基于YBCO、铋系等材料 可在液氮温度下工作 具有低制冷成本和高稳定性优势 在磁悬浮、超导储能和无液氦MRI等领域潜力显著[3] - 超导磁体生产流程包括超导导线制备、线圈绕制与固化、低温恒温器集成和严格测试 整个过程对洁净度、精度和质量控制要求极高[5] 全球及中国超导磁体行业发展现状分析 - 2025年全球超导材料市场规模预计达71.3亿欧元 同比增长2.44% 其中低温超导材料占主导地位 规模约55.6亿欧元 占比78% 高温超导材料占比22% 规模约15.7亿欧元[9] - 中国超导材料行业已构建完整产业体系 2024年总产量激增至1303.2吨 较2018年增长5.5倍 年复合增长率高达32% 预计2025年市场规模突破92亿元 同比增长超35%[9] - 商用低温超导材料以NbTi和Nb₃Sn超导线材为主导 NbTi占超导材料市场90%以上份额 成本低且稳定性高 Nb₃Sn加工难度大但磁场性能超高 二者形成互补型技术路线[11][12] 中国超导磁体行业细分市场分析 - 中国低温超导材料产业形成完整闭环 西部超导占据国内95%市场份额 其NbTi超导线材通过ITER认证 成为可控核聚变领域核心供应商[11] - 从招投标情况看 2024-2025年7月西安聚能超导成为主要中标单位 NbTi超导线材单价从6.5元/米到19.5元/米不等 Nb₃Sn超导线材单价为5480元/千克或54.6-6.2元/米[11] - 高温超导材料定价显著高于低温超导 但成本压力有效缓解 上海超导第二代高温超导带材价格从2022年359.77元/米降至2024年241.08元/米 年均降幅超15%[12] 国内外超导磁体行业企业布局情况 - 低温超导领域全球产业化企业高度集中 主要分布在中国、日本、德国和英国 NbTi锭棒核心供应商为西部超导和美国的ATI 超导线材主要厂商包括Oxford、Bruker、Luvata、JASTEC和西部超导[13] - 西部超导是全球唯一实现铌钛锭棒、超导线材与超导磁体全链条覆盖的企业 具备全面自主研发与产业化能力[14] - 高温超导领域全球可实现REBCO长带批量化生产企业有限 主要参与者包括日本Fujikura、美国SuperPower和中国上海超导 上海超导和Fujikura年产能超过1000公里 跻身第一梯队[16] 中国超导磁体行业发展趋势分析 - 技术突破引领产业跃迁 高温超导REBCO带材良品率有望突破90% 成本降低超50% 低温超导Nb₃Sn线材临界电流密度提升至3000A/mm² 室温超导探索进入实质阶段[17] - 应用场景拓展驱动市场爆发 医疗MRI设备国产化率超60% 超导磁体成本下降推动设备价格降低40% 能源领域超导限流器及储能装置规模化落地 时速600公里磁悬浮列车商业化运营 2030年市场规模突破200亿元[18][19] - 产业链协同构建全球竞争力 上游原材料实现100%自主供应 中游形成"交钥匙工程"集成能力 下游国家电网、中国中车等终端用户深度参与定制开发 长三角、粤港澳大湾区将建成全球首个超导磁体"灯塔工厂"[20]

行业影响与市场前景 - 常温常压超导体商业化尚无时间表 但可能对消费电子产品设计产生颠覆性影响 如使iPhone拥有匹敌量子计算机的运算能力[1] - 超导技术可显著提升芯片计算性能 促进量子计算和超导逻辑电路发展 为计算机和手机提供更高电流密度和更低能耗[1] - 若常温常压超导材料突破 将在能源和计算等领域产生变革 包括用于构建量子计算机[1] - 2022年全球超导体市场容量达405.93亿元 预测至2028年市场规模将达618.21亿元[3] - 超导材料是新材料产业重点发展方向 在自主化创新推动下国内超导产业未来几年有望迅猛增长[3] 技术研发现状 - 室温超导研发仍处初期阶段 从理论实验到评审验证及量产仍有很长路要走[2] - 商业化面临应用条件完善 技术路径变化 设计难度和成本等多重挑战[2] - 超导体落地主要难点在于超导材料和制备适配难度较大 多个机理的未知问题有待解决[2] 企业布局与市场反应 - 超导概念股表现活跃 板块指数创今年以来新高 中孚实业和百利电气等个股涨停[1] - 相关上市公司对室温超导落地持观望态度 但将其视为重要研发方向并提前酝酿布局[2] - 鑫宏业表示超导技术是特种线缆未来重点研发方向 会积极关注[2] - 九洲集团认为超导技术可提高电能传输效率并降低能源损耗 对电力设备制造业带来积极影响[2] - 广电电气保持对重要新兴技术及领域的密切关注 永鼎股份在等待相关验证过程[2]

高压下氢的金属化研究 - 中国科学家在212-245GPa高压下首次观察到固体氢的复杂排列形貌，这是迄今最精细的固体氢结构发现 [3] - 氢在高压下经历气态→液态→固态的相变过程：5.5GPa时形成固态，190GPa时出现蜂窝状原子与分子交叠结构 [3] - 研究团队通过金刚石对顶砧技术实现数百GPa压力，配合同步辐射光源拍摄原子排列，突破200GPa探测极限 [5][7][8] 金属氢的科学价值 - 金属氢可能具备室温超导特性，将彻底改变电力传输、量子计算和核聚变技术格局 [9] - 该材料兼具超导与超流体特性，可能颠覆现有凝聚态物理理论体系 [10] - 木星/土星内部存在金属氢海洋，研究可验证行星物理模型并解答宇宙演化问题 [10] 技术突破路径 - 团队创新性结合X射线纳米探针与分子动力学计算，将氢结构测量精度提升至250GPa [8] - 2019年突破250GPa测量极限后，经过6年优化成功捕获氢结构转变的关键证据 [8] - 同步辐射光源产生的万亿倍太阳亮度X光，是观测原子级排列的核心技术支撑 [8]

未来科学大奖十周年庆典 - 16位"未来科学大奖"历年得主齐聚上海北外滩，共话推动人类未来发展的颠覆性科学技术 [1] - 未来科学大奖由民间公益组织颁发，设有生命科学奖、物质科学奖、数学与计算机科学奖三大奖项，单项奖金高达100万美元 [1] - 过去十年来已有39位科学家获得未来科学大奖 [1] 生物医学领域突破 - 基础研究、应用研究和临床研究之间的鸿沟正在缩小，进入相互融合、协同发展阶段 [2] - 基因编辑疗法有望一针预防心脏病或治愈肿瘤 [2] - 西湖大学管坤良教授提到mTORC1蛋白激酶复合体在增加健康寿命方面具有潜力 [2] 能源技术发展 - 可控热核聚变是解决能源危机最有效、最清洁、最安全的途径 [3] - 上海交通大学张杰团队提出的双锥对撞点火方案(DCI)提高了激光能量到燃料内能的转换效率 [3] - 中国科学技术大学陈仙辉院士表示室温超导的实现可能有助于可控核聚变的发展 [4] 人工智能与科学研究 - 人工智能技术对生物医学领域产生影响，AI在衰老机制研究和预测方面具有潜力 [6] - 南方科技大学薛其坤院士认为人工智能神经网络叠加量子纠缠有望创造颠覆性新体系 [7] - 中国科技大学潘建伟院士表示"人工智能+量子计算"将重塑未来科学发展 [8] 科研资助与人才培养 - 腾讯"新基石研究员项目"计划10年投入100亿元，为200位中国杰出科学家提供资助 [10] - 实验类科学家每人每年可获得最高500万元资金奖励，理论类每人每年最高300万元 [10] - 施一公表示要支持"雄心勃勃、年富力强、敢于担当"的科学家 [11]

未来科学大奖与民间科研资助 - 未来科学大奖成立十周年 已累计有39位科学家获奖 单项奖金高达100万美元 被誉为"中国诺贝尔奖" [1] - 奖项设置包括生命科学奖 物质科学奖 数学与计算机科学奖三大类别 旨在表彰具有世界级影响力的科研成果 [1] - 腾讯发起"新基石研究员项目" 计划10年投入100亿元 资助200位中国科学家 实验类最高每人每年500万元 理论类300万元 连续资助5年 [9] - 民间科研资助更关注科学家未来发展计划和研究创新性 与传统以科研成果为评判标准不同 [9] 生物医学前沿研究 - 生物医学领域基础研究 应用研究和临床研究之间的鸿沟正在缩小 进入协同发展阶段 [1] - 基因编辑疗法等颠覆性技术有望实现一针预防心脏病或治愈肿瘤 [1] - 香港中文大学校长卢煜明强调需要更多医生科学家架接基础医学与临床应用 [2] - 西湖大学教授管坤良指出mTORC1蛋白激酶复合体可能成为延缓衰老的"不老药" [2] 能源技术突破 - 可控热核聚变被视为解决能源危机最有效 最清洁 最安全的途径 [4] - 上海交大张杰团队提出双锥对撞点火方案 过去6年完成10轮大型试验 提高激光能量转换效率 [4][5] - 中国科大陈仙辉认为室温超导若实现 可为可控核聚变提供支撑 并在电力 交通 量子计算等领域广泛应用 [5] 人工智能与科学研究 - 人工智能正全方位影响科研 在基因检测中AI有望突破衰老机制研究和预测 [8] - 南科大校长薛其坤提出"人工智能神经网络叠加量子纠缠"可能创造颠覆性新算法体系 [8] - 结构生物学家施一公表示AI预测蛋白质结构不会取代科学家 其实验室已转型研究蛋白质结构差异与疾病机理 [8] 数学与基础研究 - 美国西北大学教授夏志宏倡导"AI for math math for AI" 用抽象数学解决AI能耗瓶颈 [6] - 浙大励建书指出数学探索和证明无法被AI替代 除非计算机集成框架技术发生根本改变 [9] - 普林斯顿许晨阳认为数学家工作依赖人类大脑灵感和创新 目前AI无法替代 [8]

前沿科技发展趋势 - 美国2022年12月5日实现净能量增益的惯性约束核聚变反应，标志着人类首次掌握可控核聚变能技术，预计20年内聚变能将普及并带来巨大变革[1] - 未来20年最具颠覆性的科技是通用量子计算机，未来50年需聚焦AI for Science方向[1] - 人工智能与量子计算的融合将成为未来20年重塑人类文明的关键方向，超导量子计算目前占优但未来可能与光结合[1] 能源与材料突破 - 受控核聚变有望在未来20年实现，将永久解决人类能源问题并为工业革命提供支撑[2] - 室温超导若在未来50年实现，将带来科技重大变革，突破医疗磁共振和量子计算冷却等成本瓶颈[2] - 未来20年核心关键材料可能成为引发人类变革的重要力量[2] 人工智能发展 - AI技术如AlphaFold已颠覆传统生物学研究模式，可从三维结构倒推生物学功能[2] - 大模型将赋能千行百业，多模态是其发展的重要里程碑，需解决模型理解和推理能力等关键技术难点[3] - 对齐技术目前基于强化学习较脆弱，未来可借助计算机和密码学方法增强AI安全性[3] 科研方法论 - 科研工作者需拥抱AI并打好基础，培养批判性思维和跨学科合作能力[2] - 发展以人为本的机器智能，实现人机有效协作是重要课题[3]