機(jī)器學(xué)習(xí)篩選出兩種新型超導(dǎo)材料
來源：科技日報 時間：2026-07-01 11:14
超導(dǎo)性源于電子在籠目晶格中形成平帶，籠目晶格以一種日本六邊形籃狀編織圖案命名。圖片來源：阿爾托大學(xué)
芬蘭阿爾托大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的國際科研團(tuán)隊利用一種結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)與量子理論的新方法，從海量材料組合中“淘”出兩種新型超導(dǎo)材料，大幅提升了超導(dǎo)材料發(fā)現(xiàn)效率，為尋找室溫超導(dǎo)體提供了新的技術(shù)路徑。相關(guān)論文29日發(fā)表于《物理評論研究》雜志。
超導(dǎo)體能夠在零電阻狀態(tài)下傳導(dǎo)電流，這是只有在極低溫條件下才會出現(xiàn)的一種量子效應(yīng)。如今，超導(dǎo)體不僅是量子計算機(jī)的重要基礎(chǔ)，還廣泛應(yīng)用于神經(jīng)成像、聚變反應(yīng)堆、磁懸浮列車等領(lǐng)域。
然而，這類“獨(dú)角獸”材料極難尋找。理論上，幾乎所有元素都可以組成無限多種材料組合，其中任何一種都有可能成為超導(dǎo)體，但真正具備超導(dǎo)性的卻寥寥無幾。而目前已發(fā)現(xiàn)的超導(dǎo)材料，還需要借助昂貴的制冷設(shè)備降至接近絕對零度，才能展現(xiàn)其量子特性。
在最新研究中，研究團(tuán)隊首先利用機(jī)器學(xué)習(xí)對海量元素組合進(jìn)行預(yù)篩選，再借助自主開發(fā)的算法和量子理論計算，對最具潛力的候選材料開展精確分析，最終鎖定了兩種新型超導(dǎo)材料。
研究發(fā)現(xiàn)，這兩種材料都具有一種被稱為“籠目晶格”的特殊晶體結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，電子能夠形成有利于超導(dǎo)產(chǎn)生的“平帶”狀態(tài)，為材料表現(xiàn)出超導(dǎo)特性提供了重要條件。
完成理論預(yù)測后，美國萊斯大學(xué)團(tuán)隊進(jìn)一步合成了兩種材料樣品，并通過實驗驗證了它們的超導(dǎo)特性，實現(xiàn)了從人工智能篩選、理論預(yù)測到實驗驗證的完整研究流程。
過去數(shù)十年來，科學(xué)家已發(fā)現(xiàn)7000多種超導(dǎo)材料，但絕大多數(shù)屬于偶然發(fā)現(xiàn)，通過理論預(yù)測找到的僅有20種。新方法采用機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)行預(yù)篩選，僅對最有希望的候選材料開展高精度計算，可大幅減少計算量，提高篩選效率。
未來借助機(jī)器學(xué)習(xí)，可篩選的材料數(shù)量有望擴(kuò)大至數(shù)十億種，這將顯著加快新型超導(dǎo)材料的發(fā)現(xiàn)速度，向?qū)ふ沂覝爻瑢?dǎo)體邁出關(guān)鍵一步。
總編輯圈點(diǎn)
在材料領(lǐng)域，AI已不僅是輔助工具，而是發(fā)現(xiàn)引擎。它正將超導(dǎo)研究的偶然試錯，推向了精心篩選。但我們必須冷靜看到：從此次的“兩種新材料”到科學(xué)家最終夢想的“室溫超導(dǎo)體”，中間還隔著材料穩(wěn)定性、制備工藝、臨界溫度提升等多重天塹。更要警惕的是，機(jī)器學(xué)習(xí)篩選高度依賴訓(xùn)練數(shù)據(jù)的質(zhì)量與多樣性，若現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫存在結(jié)構(gòu)性偏差，算法可能錯過真正顛覆性的結(jié)構(gòu)，更有甚者，所謂“最佳候選”也成為一場計算錯覺。（張佳欣）
責(zé)任編輯：江蓬新
