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重要突破!我国科学家首次揭示超导材料CVS从未被发现特质【附超导技术赛道观察图谱】

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 趋势速递 • 2024-05-18 09:18:55 来源:前瞻网 E9855G1
100大行业全景图谱

据中国科学报道,5月15日,西湖大学特聘研究员林效团队携手讲席教授吴从军团队以及北京理工大学准聘教授王秩伟团队,在知名科学期刊《自然》上发布了他们的最新研究成果,为超导材料的研究领域带来了重要突破。

这项研究首次报道了在单一超导器件、CsV3Sb5材料(简称CVS)中存在的零磁场超导二极管效应和磁通量子化形成的超导干涉图案。CVS作为一种笼目超导材料,其独特的晶体构型和电子结构赋予了它丰富的物理性质。笼目超导材料因其结构上的周期性“笼目”排布以及超导电性,成为近年来科研人员关注的焦点。

超导电流,即在满足特定温度、磁场条件下,电流能够“无阻力”地流动的现象,是超导体的核心特征之一。超导电流有可能被人类灵活操纵吗?西湖大学的研究团队在林效实验室博士后乐天的大胆猜想下,开始探索CVS材料在零磁场条件下是否具备二极管的特性。经过严谨的实验验证,他们成功确认了实验观测到的零磁场超导二极管效应的真实性,并揭示了CVS在超导态下时间反演对称性破缺的现象。

在实验中,团队还观察超导临界电流随磁场变化的周期性振荡图案。通过对CVS器件进行反复的升降温测量,他们发现零磁场超导二极管的极性以及超导干涉图案会发生改变,该发现充分证实了超导畴的设想。

此次研究不仅首次揭示了超导材料CVS的一些未知特质,还为未来笼目超导材料和超导量子电子学的研究提供了重要的实验证据和实验方向。

我国科学家首次揭示超导材料CVS从未被发现特质

(图片来源:摄图网)

技术价值观察

超导材料产业链上游为矿资源,如钇、钡、铋、锶、硼等金属;中游是超导材料,如YBCO、BSCCO和MgB2等;下游是超导应用产品,如超导电缆、超导限流器、超导滤波、超导储能以及超导发电机等。

科学家发现“明星”超导材料新性质处于超导材料产业链的中游环节。

图表3:超导产业链结构

宏观市场观察

低温超导在医疗磁共振MRI设备中应用,高温超导迎来规模商业化

按照超导体的临界温度,可以将超导体分为低温超导体和高温超导体。临界温度低于25K~30K(-248℃至-243℃)超导体为低温超导体,临界温度高于25K~30K(-248℃至-243℃)为高温超导体。

低温超导技术实验室发现以及起步较早,已在医疗等特殊领域开启应用,MRI是当前低温超导技术最主要的应用领域。高温超导材料因为临界温度的提高,可以在液氮环境中工作,高温超导技术在超导线缆(电网)、可控核聚变、高温超导感应加热设备等下游领域展开了规模化商业应用,并且呈现加速放量。

图表2:超导材料的类型和应用

TOP10专利总量及趋势:皇家飞利浦电子股份有限公司夺得桂冠

全球超导行业专利申请数量TOP10申请人分别是皇家飞利浦电子股份有限公司、中国科学院电工研究所、西南交通大学、国家电网公司、中国科学院上海微系统与信息技术研究所、中国科学院合肥物质科学研究所、西部超导材料科技股份有限公司、通用电气公司、上海联影医疗科技股份有限公司以及清华大学。

其中,皇家飞利浦电子股份有限公司超导专利申请数量最多,为648项。鞍钢股份有限公司排名第二,其超导专利申请数量为561项。

图表6:截止2022年3月全球超导行业专利申请数量TOP10申请人(单位:项)

注:未剔除联合申请数量。

趋势方面自,2010-2011,皇家飞利浦电子股份有限公司申请量波动幅度较小,中国科学院合肥物质科学研究所增幅较大。

图表7:2010-2021年全球超导行业专利申请数量TOP10申请人趋势(单位:项)

需求端:超导技术在各行业的发展中有着重要的研究和开发价值

超导材料是一项具有远大战略意义的高新技术,可以广泛用于电子通信、医疗设备、交通运输、电力能源等领域,其中超导技术在MRI、超导限流器、超导电缆等产品开发中均已成功应用。可以看出,超导技术在各行业的发展中有着重要的研究和开发价值。

图表12:中国超导技术应用领域及其对应产品图示

我国的超导技术在电力及能源的主要应用集中在超导电缆、超导变压器等产的技术研发和应用。超导产业主要应用在医疗设备领域的技术主要是超导磁体技术,主要应用在核磁共振等方面。在通信领域被广泛的应用于无线通信网的建设中,充分发挥其优势。

图表13:超导技术在下游需求领域的应用现状

中国超导技术赛道热力图

根据前瞻产业热力图显示,目前超导关键技术强相关的城市集群主要集中在西北、长三角和粤港澳大湾区,尤其是广东省成为重点发展区域。这些城市群已投入大量政策、资金、环境和人才资源用于超导研发,成为潜在的超导技术发展中心。根据热力图的分布,粤港澳大湾区有极大的可能性成为超导技术的先导区域。重点关注广东省广州市天河区、陕西省西安市雁塔区、广东省深圳市福田区等地的相关企业,以及这些地方对超导产业发展的投资环境和潜力市场。

中国超导技术赛道热力图

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