超導腦科學

『壹』 研究超導獲得了諾貝爾獎，超導到底能給人類帶來什麼

年僅22歲的物理學家曹原協助發現了讓石墨烯實現零電阻導電的方法，該研究成果開創了物理學一個全新的研究領域，有望最終實現能源利用率與能源運輸效率的提高。

當然，超導的應用也不僅僅只有這些，超導在磁懸浮列車、量子應用、可控核聚變等重要領域都有著巨大的發展空間。

可以想像一下，若是超導可控核聚變發動機的成功研製，或許可以為未來的超級宇宙飛船提供源源不斷的動力，幫助人類在太空中持續飛行數百年，探索太空中的奧秘，去尋找下一個合適的家園……

『貳』 什麼是超導體和超導量子干涉儀

高臨界溫度超導體

盡管迄今已發現數以千計的超導元素、合金和化合物，但是由於它們的臨界溫度都很低，需要使用技術復雜、成本昂貴的液態氦作為冷卻劑，超導體的應用范圍因此受到極大的限制。

1986年，瑞士科學家貝德諾爾茲等人首先發現了一類氧化物超導體，其臨界溫度達30K。隨後，美國、中國和日本的物理學家相繼發現了這類超導體，其臨界溫度達到98K，甚至更高。過去發現的超導體主要是金屬、合金或金屬間的化合物，而新的高Tc超導體都是金屬氧化物，如釔鋇銅氧（YBa2Cu3O7）、鉍鍶鈣銅氧（Bi2Sr2CaCu2O7）。金屬氧化物通常是半導體或絕緣體，因此人們很少想到它們中會出現超導體，而且具有如此高的轉變溫度。所以金屬氧化物高溫超導體的發現具有很重要的意義。

近些年來，高溫超導的研究成了世界各國科學家的一個熱門課題，主要包括三個方面：①進一步尋找高臨界參數的超導新材料；②闡明高Tc氧化物超導體的物理機制；③開發新超導體的技術應用，如研製高Tc的高溫氧化物超導實用線材或帶材，發展制備高質量超導薄膜的技術，利用高溫氧化物超導材料製造各種電子元件和器件等。

超導電性的應用超導體的應用極為廣泛，舉例如下。

1.超導磁體

利用合金（如Nb-Ti、Nb-Zr）或金屬化合物（如Nb3Sn、V3Ca）等穩定而實用的超導材料製成的導線繞制的磁體，可以通強大的電流，產生很強的磁場，其值可達幾萬、甚至幾十萬高斯。作為比較，若採用在氫中退火的純鐵作為鐵芯製作的電磁鐵，由於鐵磁材料的磁飽和特性，其磁場很難大於2萬高斯；如果去掉鐵芯，增大電流，則由於焦耳熱損耗也很難獲得有效的強磁場。超導磁體目前已廣泛應用於高級實驗設備、高能加速器、受控聚變反應實驗等領域。

2.超導列車

為了克服普通列車與軌道之間的摩擦力，最好使整個列車懸浮起來。通常可採用「磁懸浮」方式。在列車底部和U型軌道上設上一定數量的磁體，利用同性磁極相斥的道理，使整個車廂懸浮在軌道之上約10厘米處。此外，在車廂和U型軌道側面安裝一系列磁體，並通過供電系統依次調整其極性，使列車始終受到向前推進力。超導列車的時速很容易達到每小時300千米以上。

3.約瑟夫森結

又稱超導隧道結。由中間被薄絕緣層（厚度約為1毫米）隔開的兩塊超導體組成。超導電子由於量子力學隧道效應可以貫穿絕緣層。如果在兩塊超導體上加一直流電壓V，則在兩超導體之間可產生振盪的超導電流，其頻率與電壓成正比（ω=2eV/h，其中e為電子電荷，h為普朗克常數）。利用這種約瑟夫森效應可精確地測量常數e/h或測量電壓V，還可製造各種電子元器件。約瑟夫森器件的反應速度快（例如，其開關速率小於2×10-12秒），功耗小（僅為普通半導體器件的1/1000），靈敏度高（例如對電流的解析度為10-9A，對電壓為10-15V，對磁場為10-11G）。約瑟夫森結已應用於製作電壓標准，以及靈敏度和精確度都極高的磁強計、電流表、電壓表、低溫溫度計等，還可用它製作微波和紅外探測器。利用約瑟夫森結製造儀器和設備的技術目前已發展成為一門新的分支學科——超導結電子學。

超導量子干涉儀

簡稱SQUID，是一種能測量微弱磁信號的極其靈敏的儀器。其主要應用在於：物理實驗室中用來測量弱磁場、材料的磁化率等；在引力物理研究中用來探測引力波；在基本粒子研究中用來探尋磁單極子；在地球物理和地質研究中，可用它測量岩石礦樣剩磁及磁化率，探測大地的磁場，從而為尋找地熱和礦藏資源提供依據；在生物磁學方面用來測量心磁圖、肺磁圖、腦磁圖、胎兒心磁圖以及其他生物磁信號；在軍事方面可作為核潛艇的低頻通訊、導航以及用來探測敵人的潛艇活動等。

SQUID的基本原理是建立在磁通量子化和約瑟夫森效應的基礎上的。

根據偏置電流的不同，分為直流和射頻兩類。直流SQUID器件是包含有兩個約瑟夫森結的超導環，結的兩端連接直流電源。約瑟夫森結是一種超導器件，由兩塊超導體之間被一薄勢壘層隔開而組成，可由超導材料（例如鈮）用製作半導體器件的工藝方法製得，一般稱作SIS隧道結。實驗發現，如果SIS隧道結的絕緣層厚度只有直流SQUID器件的組成圖1毫米左右，就會發生庫珀對的隧道電流，這種電流是無阻的，即超導環中有電流流過，但SIS結兩端無電壓降落。實驗還表明，絕緣層能夠承受的無阻電流很小，一般是幾十微安到幾十毫安，超過了就會出現電壓。

這種在SIS結能通過很小的隧穿超流的現象稱為超導隧道結的直流約瑟夫森效應，用Ic表示超導結的臨界電流。1963年，羅威爾發現臨界電流Ic和磁場有關。當通過器件的電流超過臨界電流Ic時，器件兩端將出現電壓。

Ic的數值對磁場特別敏感，並且是磁場的周期函數，它是通過環中磁通的變化而反映出來的，變化的周期恰好是一個磁通量子f。因此，只要適當選擇能產生略大於Ic的偏置電流的電壓V，就可以根據電壓變化測量出環中磁通f的變化。通過一個探測線圈把外磁場耦合到SQUID的超導環中，就可以構成靈敏度極高的超導磁強計，它可以測量出10～11高斯的微弱磁場，僅相當於地磁場的一百億分之一，比常規的磁強計靈敏度提高幾個數量級。用SQUID還可以製作成靈敏度極高的超導磁梯度計、磁化率計、檢流計和電壓計。此外，用SQUID製作的雜訊溫度計可以測量極低（mK）的溫度，靈敏度可達到1μK。

由於SQUID的靈敏度高，因而促進了許多學科的發展，甚至催生出一些新的學科，例如生物磁學就是在SQUID出現之後得以發展的一門新興學科。目前國外在腦磁方面應用多通道SQUID儀器，獲得了豐富的成果。預期在特異功能、氣功功能、癌症早期診斷方面，SQUID有可能成為得力助手。SQUID在其他方面也發揮了積極作用，如地球物理學、地質研究等。

『叄』 生物體內存在超導體嗎

1964年勒特耳首先提出：電子之間有庫侖排斥力，但在超導體內的兩電子間由於交換電子產生吸引力，當這種吸引作用超過兩電子間的庫侖排斥作用時，兩電子就形成電子對引起 超導電性，這就是電子機構的超導電性。在勒特耳的設想中，不是利用交換電子使兩電子間產生吸引作用,而是使兩電子間交換激子而產生吸引作用。所謂激子是指由於一種電子系統 的極化所導致的能量激化，如果這種激子機制能產生兩電子間的凈吸引，那麼,可以預期將出現超導態,這就是所謂的激子超導電性。勒特耳的思想在許多物理和化學工作者中引起了廣 泛的興趣。人們再次提出生物體內存在超導體嗎？這是個引人人勝的問題，克柏於1971年報道:具有高濃度膽固醇的神經纖維的某些部 分，在生理溫度下有超導性。後來，有人進一步用實驗證實了 :膽酸、脫氧膽酸、石膽酸、膽烷 酸鈉鹽的抗磁性在30K、60K、277K時起突然變化，而且在這種抗磁性的突變時，原子晶格結 構沒有變化，本質上這應是電子引起的。盡管這種抗菌素磁性變化與超導性關系還有待研 究，但有人認為在這些化合物中存在著高溫超導區，即這些材料整體基本是絕緣體，但在配料 體內，分散著許多小的超導區域。還有人認為就脫氧核糖核酸（DNA)的分子結構而言，可能 產生勒特耳所提出的超導設想。還有人提出：在人類的大腦中，可能存在著超導體，才使人思 維如此地敏捷，對於邏輯的推理如此地迅速。這些謎，有待人們去逐漸地解開。有關生物超 導體的研究目前還處在初始階段,但它肯定是一個值得探索的方向。

『肆』 什麼是超導材料

在地球上，所有的元素和材料都有電阻，就是導電性最好的銀、銅、鋁也不例外，但有些種類的材料在一定條件下卻沒有電阻，這就是所謂超導材料。

超導材料最早是由荷蘭的物理學家昂內斯在1911年發現的。那時，許多科學家發現，金屬的電阻和它所處的溫度條件有很大關系。溫度高時，它的電阻就增加，溫度低時，電阻就減小。並總結出一個金屬電阻與溫度之間關系的理論公式。當時，荷蘭物理學家昂內斯為檢驗這個公式是否正確，就用汞(水銀)作試驗。他把水銀冷卻到-40℃，使它變成固體，然後把水銀拉成細絲並繼續降低溫度，同時測量不同溫度時固體水銀的電阻。當溫度降到4K時，一個奇怪的現象發生了，水銀的電阻突然變為零。這一發現轟動了世界物理學界。後來科學家把這個現象叫作超導(電)現象，把電阻等於零的材料稱為超導(電)材料。

各種超導線材料可廣泛用於輸電

昂內斯和許多科學家後來又發現了28種超導元素和8000多種超導化合物，但出現超導現象的溫度大多接近絕對零度，因而這種超導材料沒有什麼經濟價值，因為製造這種超低溫本身就花錢很多而且相當困難。

為了尋找在比較高的溫度下沒有電阻的超導材料，世界上無數科學家奮鬥了近60年，也沒有取得什麼進展。直到1973年，英美一些科學家才找到一種在23K時出現超導現象的鈮鍺合金，此後這一記錄又保持了10多年。

到1986年，在瑞士國際商用公司實驗室工作的貝特諾茨和繆勒從別人多次失敗中吸取了經驗，放棄了在金屬和合金中尋找超導材料的老觀念，解放思想，終於發現一種鑭銅鋇氧陶瓷氯化物材料在43K這一較高溫度出現了超導現象。這是一個了不起的突破，因此他們兩人同時獲得了1987年的諾貝爾物理學獎。

此後，美籍華人學者朱經武、中國物理學家趙忠賢等在1987年相繼發現了在78.5K和98K時出現超導現象的超導材料。這樣，超導材料就可以在液氮中工作了。

更令人振奮的是，1991年美國和日本的科學家又發現了球狀碳分子C↓60在摻鉀、銫、釹等元素後，也有超導現象。超導材料的出現有可能像半導體材料一樣，在世界引起一場工業和科技革命。因為沒有電阻的材料用途極為廣泛：用它輸送電流不會損耗電力；用它做發電機可以做得很小，但發出的電流可以很大。例如，一台普通的大型發電機需要用15～20噸銅線繞成線圈，而如果用超導材料線圈，只要幾百克就夠了，而發出的電力卻是一樣的。

超導材料可以製作大型強磁體，未來的磁懸浮列車中超導磁體是磁懸浮列車中的關鍵性部件，用它產生的巨大磁力才能使列車懸浮起來。

超導材料還可以製成儲電裝置，把電流儲存起來，供急需時使用。1987年，美國國防部為適應「星球大戰」的需要，決定建立一個用超導材料儲電的裝置，在和平時期，可向居民供電，在導彈襲來時，可為激光武器供電，用激光摧毀導彈。

因為超導材料沒有電阻，只要把電「注入」超導線圈，電流就可以無休止地在線圈中流動也不會有損耗。美國設計了一個可以儲存500萬千瓦小時的巨型超導儲電裝置，它像一個巨大的輪胎，深埋在地下的核心部分是用超導材料做成的儲能線圈。它的直徑就有1568米，儲存的電力足以供幾十萬人口的城市照明用電。

超導材料也可以製作高靈敏度的測量儀器及邏輯元件和存儲元件。這些元件以超導薄膜的形式應用，所用的超導薄膜的厚度只需不到1微米就夠了。用超導材料製成的量子干涉器件可測量小到10的負18次方伏特的電壓差和10-18安培的電流，是磁腦照相術用儀器不可缺少的電子器件。

『伍』 超導在電腦晶元方面的應用

這個不能應用在電腦啊。要到達超導現象那麼溫度得很低的零下好幾度好幾網路呢

『陸』 超導計算機是怎樣的

超導計算機從原理上說同現有的計算機沒有多大區別，但它使用由超導體製成的約瑟夫遜元件。這種元件同最先進的半導體元件比較，工作速度快10倍，而消耗的電力僅為其千分之一。因此用約瑟夫遜元件來製造超導計算機，將使計算機的速度提高10倍，而且體積小得多。

目前，最能發揮超導計算機作用的領域，是必須使用串列處理的領域，因為這時無法靠利用並行處理而只有依靠CPU來提高處理速度。超導計算機一是可用於導彈頭部，用以超高速處理電子眼所獲得的大量圖像信息，以便尋找所要攻擊的目標；二是裝在通用計算機上作為加速器，使一般計算機也能有相當於巨型計算機的功能；三是應用於天文學領域用以隨時處理不知何時才會發生的超新星爆發所產生的電磁波；四是在醫療領域用於探測人的心臟和腦所發生的微弱磁場時所需要的處理。

『柒』 西安交大一附院有高頻超導腦電圖嗎

「高頻超導腦電定位系統」對難以捕捉的腦部異常放電監測要靈敏得多，它能監測到的腦電波頻率更為寬廣，可記錄到高達110Hz以上的高頻信號，能夠監測到普通腦電圖監測不到的異常腦電波，解決高頻信號遺漏問題。普通腦電圖儀由於信號采樣率較低，只能記錄35Hz以下的信號，一些較高頻的樣放電信號可能因此而漏掉，影響醫生的診斷結果。

『捌』 超導神經調控技術

意見建議：
該技術通過南京同善癲癇病研究所與國內外多位知名癲癇專家花費多年研究得出，調控修復星形膠質細胞，達到的目地。

『玖』 單向脈沖固元神，日久不在三相中！松露拓撲超導歸元嬰療法的原理是什麼中樞神經系統真能回歸初生態嗎

腦脈沖電流在單位面積上的強度是很大的，好在電量極微。長期高強度単向電流的作用會產生中樞神經元的集合一體化-電阻自然衰減。如嬰兒，笑神經不發達，因神經發育不完善，神經脈沖傳導電阻大。隨年齡增長，神經系統發育完善，脈沖信號組網完成，搔癢笑靈敏度快速增強！