151K常壓超導刷新歷史紀錄，高溫超導研究迎重大突破

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科技產業資訊室(iKnow) - 黃松勳發表於 2026年3月13日

圖、151K常壓超導刷新歷史紀錄，高溫超導研究迎重大突破

超導材料長期被視為能源科技與量子技術的重要基礎，其最大特徵是在低於臨界溫度時可讓電流以零電阻方式流動。然而，多數超導體必須在極低溫環境下運作，使實際應用成本居高不下。近期，美國休士頓大學與其德州超導中心研究團隊宣布，在常壓條件下實現151K（約−122°C）超導轉變溫度的新紀錄，刷新自1993年以來保持的133K紀錄，為高溫超導研究帶來近三十年來最具指標性的突破之一。

研究團隊透過一種稱為「壓力淬火」（pressure quench）的技術，成功將原本只在高壓環境下才會出現的高溫超導特性，穩定地保留在常壓條件中。實驗結果顯示，銅氧化物材料HgBa2Ca2Cu3O8+δ（簡稱Hg1223）在壓力釋放後仍維持高達151K的超導轉變溫度，創下常壓超導的歷史新高。這項成果不僅突破材料物理的長期瓶頸，也為更接近室溫超導的終極目標提供了新的研究路徑。

自1911年超導現象被發現以來，提高超導轉變溫度（Tc）始終是物理學的重要研究方向。早期超導體必須依賴液氦冷卻至約4K，應用難度極高。直到1987年銅氧化物材料YBCO達到93K，使得液氮冷卻成為可能，掀起高溫超導研究熱潮。1993年，汞基銅氧化物Hg1223將常壓Tc提升至133K，此紀錄長達三十多年未被打破，顯示材料設計與物理機制面臨重大瓶頸。

此次突破的關鍵在於「壓力淬火程序」（Pressure-Quench Protocol, PQP）。研究人員先在鑽石砧裝置中對材料施加約10至30 GPa的極高壓力，使其超導轉變溫度提升至150K以上。接著在低溫條件下迅速解除壓力，使材料來不及回到原始結構，從而將高壓狀態形成的超導相「鎖定」在常壓環境。這種非平衡材料工程方法，使原本只能在極端條件下存在的量子狀態得以保留下來。

實驗結果顯示，經過壓力淬火處理後，樣品的超導轉變溫度可從原本133K提高至147K、149K，最高達151K。不同實驗條件下的結果略有差異，但整體仍穩定維持在147K至151K區間，證明壓力誘導的超導相確實能在常壓條件下保留。研究也發現，淬火溫度越低，越容易維持高Tc狀態，顯示材料缺陷與應力可能在穩定超導相中扮演關鍵角色。

同步輻射X光繞射分析顯示，壓力淬火後的Hg1223晶體仍維持原本的四方晶體結構，但繞射尖峰變寬，顯示材料內部存在微小應變與缺陷。研究團隊推測，這些結構缺陷可能有助於穩定在高壓下形成的「亞穩態超導相」，使其在常壓條件下仍能存在。此外，電子結構計算也指出，在約12.5 GPa附近可能出現費米面拓撲轉變，增加電子態密度，進而提高超導轉變溫度。

儘管151K已是常壓條件下的最高紀錄，但距離理想的室溫超導（約300K）仍有約140°C的差距。不過，科學界普遍認為，只要能持續提升Tc並降低材料成本，超導技術就可能進入大規模應用。例如電力傳輸若採用超導材料，可消除約8%的電網損耗，潛在節能效益達數十億美元，同時降低碳排與能源浪費。

若未來能進一步提高超導轉變溫度並提升材料穩定性，高溫超導將可能改變多個科技領域，包括高效率電網、磁浮交通、核融合反應器、量子運算以及醫療影像設備等。超導磁體已廣泛應用於磁振造影(MRI)系統，但若冷卻需求降低，相關設備成本與維護門檻將大幅下降。

此次成果也顯示，透過非平衡材料工程方法，例如壓力淬火，可探索許多過去只存在於極端條件下的量子態。這意味著研究人員不再只依賴新材料發現，也能透過改變材料本質結構與加工條件，創造全新的物理相態。這種策略未來可能成為高溫超導與量子材料研究的重要方向。

151K常壓超導紀錄的誕生，象徵著高溫超導研究已經開始慢慢突破長期Tc停滯的局面。雖然距離真正的室溫超導仍有一段距離，但壓力淬火技術提供了一條全新的材料設計途徑。隨著更多物理學家、材料科學家與工程師投入研究，人類追尋百年的「室溫超導聖杯」或許正逐漸從理論夢想走向實際科技。(1432字；圖1)

參考資料：
University of Houston Physicists Break Superconductivity Temperature Record. University of Houston, 2026/3/10
US physicists break superconductivity record for more efficient power grids. Interesting Engineering, 2026/3/11
When the pressure’s off, this superconductor appears to break records. ScienceNews, 2026/3/9
Ambient-pressure 151-K superconductivity in HgBa2Ca2Cu3O8+δ via pressure quench. PNAS, 2026/3/9

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