超导脑科学

『壹』 研究超导获得了诺贝尔奖，超导到底能给人类带来什么

年仅22岁的物理学家曹原协助发现了让石墨烯实现零电阻导电的方法，该研究成果开创了物理学一个全新的研究领域，有望最终实现能源利用率与能源运输效率的提高。

当然，超导的应用也不仅仅只有这些，超导在磁悬浮列车、量子应用、可控核聚变等重要领域都有着巨大的发展空间。

可以想象一下，若是超导可控核聚变发动机的成功研制，或许可以为未来的超级宇宙飞船提供源源不断的动力，帮助人类在太空中持续飞行数百年，探索太空中的奥秘，去寻找下一个合适的家园……

『贰』 什么是超导体和超导量子干涉仪

高临界温度超导体

尽管迄今已发现数以千计的超导元素、合金和化合物，但是由于它们的临界温度都很低，需要使用技术复杂、成本昂贵的液态氦作为冷却剂，超导体的应用范围因此受到极大的限制。

1986年，瑞士科学家贝德诺尔兹等人首先发现了一类氧化物超导体，其临界温度达30K。随后，美国、中国和日本的物理学家相继发现了这类超导体，其临界温度达到98K，甚至更高。过去发现的超导体主要是金属、合金或金属间的化合物，而新的高Tc超导体都是金属氧化物，如钇钡铜氧（YBa2Cu3O7）、铋锶钙铜氧（Bi2Sr2CaCu2O7）。金属氧化物通常是半导体或绝缘体，因此人们很少想到它们中会出现超导体，而且具有如此高的转变温度。所以金属氧化物高温超导体的发现具有很重要的意义。

近些年来，高温超导的研究成了世界各国科学家的一个热门课题，主要包括三个方面：①进一步寻找高临界参数的超导新材料；②阐明高Tc氧化物超导体的物理机制；③开发新超导体的技术应用，如研制高Tc的高温氧化物超导实用线材或带材，发展制备高质量超导薄膜的技术，利用高温氧化物超导材料制造各种电子元件和器件等。

超导电性的应用超导体的应用极为广泛，举例如下。

1.超导磁体

利用合金（如Nb-Ti、Nb-Zr）或金属化合物（如Nb3Sn、V3Ca）等稳定而实用的超导材料制成的导线绕制的磁体，可以通强大的电流，产生很强的磁场，其值可达几万、甚至几十万高斯。作为比较，若采用在氢中退火的纯铁作为铁芯制作的电磁铁，由于铁磁材料的磁饱和特性，其磁场很难大于2万高斯；如果去掉铁芯，增大电流，则由于焦耳热损耗也很难获得有效的强磁场。超导磁体目前已广泛应用于高级实验设备、高能加速器、受控聚变反应实验等领域。

2.超导列车

为了克服普通列车与轨道之间的摩擦力，最好使整个列车悬浮起来。通常可采用“磁悬浮”方式。在列车底部和U型轨道上设上一定数量的磁体，利用同性磁极相斥的道理，使整个车厢悬浮在轨道之上约10厘米处。此外，在车厢和U型轨道侧面安装一系列磁体，并通过供电系统依次调整其极性，使列车始终受到向前推进力。超导列车的时速很容易达到每小时300千米以上。

3.约瑟夫森结

又称超导隧道结。由中间被薄绝缘层（厚度约为1毫米）隔开的两块超导体组成。超导电子由于量子力学隧道效应可以贯穿绝缘层。如果在两块超导体上加一直流电压V，则在两超导体之间可产生振荡的超导电流，其频率与电压成正比（ω=2eV/h，其中e为电子电荷，h为普朗克常数）。利用这种约瑟夫森效应可精确地测量常数e/h或测量电压V，还可制造各种电子元器件。约瑟夫森器件的反应速度快（例如，其开关速率小于2×10-12秒），功耗小（仅为普通半导体器件的1/1000），灵敏度高（例如对电流的分辨率为10-9A，对电压为10-15V，对磁场为10-11G）。约瑟夫森结已应用于制作电压标准，以及灵敏度和精确度都极高的磁强计、电流表、电压表、低温温度计等，还可用它制作微波和红外探测器。利用约瑟夫森结制造仪器和设备的技术目前已发展成为一门新的分支学科——超导结电子学。

超导量子干涉仪

简称SQUID，是一种能测量微弱磁信号的极其灵敏的仪器。其主要应用在于：物理实验室中用来测量弱磁场、材料的磁化率等；在引力物理研究中用来探测引力波；在基本粒子研究中用来探寻磁单极子；在地球物理和地质研究中，可用它测量岩石矿样剩磁及磁化率，探测大地的磁场，从而为寻找地热和矿藏资源提供依据；在生物磁学方面用来测量心磁图、肺磁图、脑磁图、胎儿心磁图以及其他生物磁信号；在军事方面可作为核潜艇的低频通讯、导航以及用来探测敌人的潜艇活动等。

SQUID的基本原理是建立在磁通量子化和约瑟夫森效应的基础上的。

根据偏置电流的不同，分为直流和射频两类。直流SQUID器件是包含有两个约瑟夫森结的超导环，结的两端连接直流电源。约瑟夫森结是一种超导器件，由两块超导体之间被一薄势垒层隔开而组成，可由超导材料（例如铌）用制作半导体器件的工艺方法制得，一般称作SIS隧道结。实验发现，如果SIS隧道结的绝缘层厚度只有直流SQUID器件的组成图1毫米左右，就会发生库珀对的隧道电流，这种电流是无阻的，即超导环中有电流流过，但SIS结两端无电压降落。实验还表明，绝缘层能够承受的无阻电流很小，一般是几十微安到几十毫安，超过了就会出现电压。

这种在SIS结能通过很小的隧穿超流的现象称为超导隧道结的直流约瑟夫森效应，用Ic表示超导结的临界电流。1963年，罗威尔发现临界电流Ic和磁场有关。当通过器件的电流超过临界电流Ic时，器件两端将出现电压。

Ic的数值对磁场特别敏感，并且是磁场的周期函数，它是通过环中磁通的变化而反映出来的，变化的周期恰好是一个磁通量子f。因此，只要适当选择能产生略大于Ic的偏置电流的电压V，就可以根据电压变化测量出环中磁通f的变化。通过一个探测线圈把外磁场耦合到SQUID的超导环中，就可以构成灵敏度极高的超导磁强计，它可以测量出10～11高斯的微弱磁场，仅相当于地磁场的一百亿分之一，比常规的磁强计灵敏度提高几个数量级。用SQUID还可以制作成灵敏度极高的超导磁梯度计、磁化率计、检流计和电压计。此外，用SQUID制作的噪声温度计可以测量极低（mK）的温度，灵敏度可达到1μK。

由于SQUID的灵敏度高，因而促进了许多学科的发展，甚至催生出一些新的学科，例如生物磁学就是在SQUID出现之后得以发展的一门新兴学科。目前国外在脑磁方面应用多通道SQUID仪器，获得了丰富的成果。预期在特异功能、气功功能、癌症早期诊断方面，SQUID有可能成为得力助手。SQUID在其他方面也发挥了积极作用，如地球物理学、地质研究等。

『叁』 生物体内存在超导体吗

1964年勒特耳首先提出：电子之间有库仑排斥力，但在超导体内的两电子间由于交换电子产生吸引力，当这种吸引作用超过两电子间的库仑排斥作用时，两电子就形成电子对引起 超导电性，这就是电子机构的超导电性。在勒特耳的设想中，不是利用交换电子使两电子间产生吸引作用,而是使两电子间交换激子而产生吸引作用。所谓激子是指由于一种电子系统 的极化所导致的能量激化，如果这种激子机制能产生两电子间的净吸引，那么,可以预期将出现超导态,这就是所谓的激子超导电性。勒特耳的思想在许多物理和化学工作者中引起了广 泛的兴趣。人们再次提出生物体内存在超导体吗？这是个引人人胜的问题，克柏于1971年报道:具有高浓度胆固醇的神经纤维的某些部 分，在生理温度下有超导性。后来，有人进一步用实验证实了 :胆酸、脱氧胆酸、石胆酸、胆烷 酸钠盐的抗磁性在30K、60K、277K时起突然变化，而且在这种抗磁性的突变时，原子晶格结 构没有变化，本质上这应是电子引起的。尽管这种抗菌素磁性变化与超导性关系还有待研 究，但有人认为在这些化合物中存在着高温超导区，即这些材料整体基本是绝缘体，但在配料 体内，分散着许多小的超导区域。还有人认为就脱氧核糖核酸（DNA)的分子结构而言，可能 产生勒特耳所提出的超导设想。还有人提出：在人类的大脑中，可能存在着超导体，才使人思 维如此地敏捷，对于逻辑的推理如此地迅速。这些谜，有待人们去逐渐地解开。有关生物超 导体的研究目前还处在初始阶段,但它肯定是一个值得探索的方向。

『肆』 什么是超导材料

在地球上，所有的元素和材料都有电阻，就是导电性最好的银、铜、铝也不例外，但有些种类的材料在一定条件下却没有电阻，这就是所谓超导材料。

超导材料最早是由荷兰的物理学家昂内斯在1911年发现的。那时，许多科学家发现，金属的电阻和它所处的温度条件有很大关系。温度高时，它的电阻就增加，温度低时，电阻就减小。并总结出一个金属电阻与温度之间关系的理论公式。当时，荷兰物理学家昂内斯为检验这个公式是否正确，就用汞(水银)作试验。他把水银冷却到-40℃，使它变成固体，然后把水银拉成细丝并继续降低温度，同时测量不同温度时固体水银的电阻。当温度降到4K时，一个奇怪的现象发生了，水银的电阻突然变为零。这一发现轰动了世界物理学界。后来科学家把这个现象叫作超导(电)现象，把电阻等于零的材料称为超导(电)材料。

各种超导线材料可广泛用于输电

昂内斯和许多科学家后来又发现了28种超导元素和8000多种超导化合物，但出现超导现象的温度大多接近绝对零度，因而这种超导材料没有什么经济价值，因为制造这种超低温本身就花钱很多而且相当困难。

为了寻找在比较高的温度下没有电阻的超导材料，世界上无数科学家奋斗了近60年，也没有取得什么进展。直到1973年，英美一些科学家才找到一种在23K时出现超导现象的铌锗合金，此后这一记录又保持了10多年。

到1986年，在瑞士国际商用公司实验室工作的贝特诺茨和缪勒从别人多次失败中吸取了经验，放弃了在金属和合金中寻找超导材料的老观念，解放思想，终于发现一种镧铜钡氧陶瓷氯化物材料在43K这一较高温度出现了超导现象。这是一个了不起的突破，因此他们两人同时获得了1987年的诺贝尔物理学奖。

此后，美籍华人学者朱经武、中国物理学家赵忠贤等在1987年相继发现了在78.5K和98K时出现超导现象的超导材料。这样，超导材料就可以在液氮中工作了。

更令人振奋的是，1991年美国和日本的科学家又发现了球状碳分子C↓60在掺钾、铯、钕等元素后，也有超导现象。超导材料的出现有可能像半导体材料一样，在世界引起一场工业和科技革命。因为没有电阻的材料用途极为广泛：用它输送电流不会损耗电力；用它做发电机可以做得很小，但发出的电流可以很大。例如，一台普通的大型发电机需要用15～20吨铜线绕成线圈，而如果用超导材料线圈，只要几百克就够了，而发出的电力却是一样的。

超导材料可以制作大型强磁体，未来的磁悬浮列车中超导磁体是磁悬浮列车中的关键性部件，用它产生的巨大磁力才能使列车悬浮起来。

超导材料还可以制成储电装置，把电流储存起来，供急需时使用。1987年，美国国防部为适应“星球大战”的需要，决定建立一个用超导材料储电的装置，在和平时期，可向居民供电，在导弹袭来时，可为激光武器供电，用激光摧毁导弹。

因为超导材料没有电阻，只要把电“注入”超导线圈，电流就可以无休止地在线圈中流动也不会有损耗。美国设计了一个可以储存500万千瓦小时的巨型超导储电装置，它像一个巨大的轮胎，深埋在地下的核心部分是用超导材料做成的储能线圈。它的直径就有1568米，储存的电力足以供几十万人口的城市照明用电。

超导材料也可以制作高灵敏度的测量仪器及逻辑元件和存储元件。这些元件以超导薄膜的形式应用，所用的超导薄膜的厚度只需不到1微米就够了。用超导材料制成的量子干涉器件可测量小到10的负18次方伏特的电压差和10-18安培的电流，是磁脑照相术用仪器不可缺少的电子器件。

『伍』 超导在电脑芯片方面的应用

这个不能应用在电脑啊。要到达超导现象那么温度得很低的零下好几度好几网络呢

『陆』 超导计算机是怎样的

超导计算机从原理上说同现有的计算机没有多大区别，但它使用由超导体制成的约瑟夫逊元件。这种元件同最先进的半导体元件比较，工作速度快10倍，而消耗的电力仅为其千分之一。因此用约瑟夫逊元件来制造超导计算机，将使计算机的速度提高10倍，而且体积小得多。

目前，最能发挥超导计算机作用的领域，是必须使用串行处理的领域，因为这时无法靠利用并行处理而只有依靠CPU来提高处理速度。超导计算机一是可用于导弹头部，用以超高速处理电子眼所获得的大量图像信息，以便寻找所要攻击的目标；二是装在通用计算机上作为加速器，使一般计算机也能有相当于巨型计算机的功能；三是应用于天文学领域用以随时处理不知何时才会发生的超新星爆发所产生的电磁波；四是在医疗领域用于探测人的心脏和脑所发生的微弱磁场时所需要的处理。

『柒』 西安交大一附院有高频超导脑电图吗

“高频超导脑电定位系统”对难以捕捉的脑部异常放电监测要灵敏得多，它能监测到的脑电波频率更为宽广，可记录到高达110Hz以上的高频信号，能够监测到普通脑电图监测不到的异常脑电波，解决高频信号遗漏问题。普通脑电图仪由于信号采样率较低，只能记录35Hz以下的信号，一些较高频的样放电信号可能因此而漏掉，影响医生的诊断结果。

『捌』 超导神经调控技术

意见建议：
该技术通过南京同善癫痫病研究所与国内外多位知名癫痫专家花费多年研究得出，调控修复星形胶质细胞，达到的目地。

『玖』 单向脉冲固元神，日久不在三相中！松露拓扑超导归元婴疗法的原理是什么中枢神经系统真能回归初生态吗

脑脉冲电流在单位面积上的强度是很大的，好在电量极微。长期高强度単向电流的作用会产生中枢神经元的集合一体化-电阻自然衰减。如婴儿，笑神经不发达，因神经发育不完善，神经脉冲传导电阻大。随年龄增长，神经系统发育完善，脉冲信号组网完成，搔痒笑灵敏度快速增强！