开元体育·(中国)官方网站“原子积木术”让镍基超导材料甩掉高压“紧箍咒” 中国科

　　开元体育·(中国)官方网站“原子积木术”让镍基超导材料甩掉高压“紧箍咒” 中国科学家在高温超导领域取得重大突破超导，这一神奇的物理现象，常被形象地比喻为电力高速公路上的“零能耗跑车”。当电流通过超导材料时，完全不会产生损耗，正因如此，它被广泛视为具有颠覆性技术前景的关键领域。

　　今天，南方科技大学举行高温超导研究重大成果发布会。由南方科技大学、粤港澳大湾区量子科学中心、清华大合组成的研究团队，在高温超导领域取得一项重大突破。该突破发现，继铜基、铁基之后，镍基材料成为第三类在常压下突破40K“麦克米兰极限”的高温超导材料体系，为解决高温超导机理的科学难题提供了全新突破口。相关研究成果发表在《自然》杂志上。

　　超导现象自1911年被发现以来，寻找更高温度的超导材料就成为国际科学界的“圣杯”。传统超导体的超导转变温度最高只能达到40K，也就是“麦克米兰极限”。此前，铜基和铁基两类材料的超导转变温度突破了“麦克米兰极限”，被称为高温超导体，但高温超导机理复杂程度之高如同“量子迷宫”，科学家探索近40年仍未完全破解。

　　近年来，镍基超导材料“异军突起”。2023年，我国科学家在超过十万个大气压的高压环境下，实现了镍基材料的液氮温区超导，在国际上引起广泛影响。然而，如何摆脱高压限制、实现常压高温超导，成为全球科学家竞相追逐的目标。

　　中国科学院院士、南科大校长薛其坤团队通过研究发现，让镍基材料在日常压力环境中，并且在零下233摄氏度以上就能实现超导。

　　团队核心成员、南科大物理系副教授陈卓昱表示，“本镍基高温超导只能在非常高的压力下实现，高达十几万个大气压，基本上相当于地球内部的压力。我们现在可以把原本在高压下才能稳定的原子结构，移植到常压条件下，在常压下实现镍基材料的高温超导”。

　　那么团队是如何把高压下才能稳定的原子结构，移植到常压下的呢？3年来，薛其坤研究团队持续攻关，在极强的氧化环境下，研制出一种能实现在纳米尺度上“搭原子积木”的技术，制备出这种常压下实现超导的镍氧化物薄膜。

　　研究团队将这项技术，应用于镍基超导材料的开发之中，在原子级平滑的基片之上，精确排列镍、氧等原子，构建出厚度仅几纳米的超薄膜。特别是，研究团队在极强的氧化环境下，通过薄膜和基片之间的界面工程，实现了“原子铆钉术”，固定住了原本需要在极高压环境下才能稳定存在的原子结构，试验了一千多片样品，成功获得了常压下的超导电性。精密的电磁输运测量同时观测到了零电阻与抗磁性，为超导电性提供了系统的实验证据链。此次突破也表明，通过界面工程优化材料设计，未来在常压下实现液氮温区的镍基超导，已具备现实路径。

　　“学校积极引进优秀青年人才，在基础前沿研究领域成果斐然。以此次高温超导领域的突破为例，主要完成团队由‘90后’领衔，平均年龄仅28岁，带领着年轻学生攻坚克难。”作为国家最高科学技术奖获得者，薛其坤近年来始终坚守科研一线，引领量子材料的前沿探索。

　　此次发现，正是在有组织科研的模式下，经过南科大、粤港澳大湾区量子科学中心、清华大学三个单位的大团队异地协作，坚持不懈科研攻坚所取得的成果。值得欣喜的是，实现这一重大突破的科研团队高度年轻化。

　　团队负责人陈卓昱仅35岁，他从小酷爱物理，以广东省高中物理竞赛第一名保送清华大学物理系开元体育·(中国)官方网站，后赴美国斯坦福大学深造，一直保持对物理的热忱。陈卓昱3年前回到家乡深圳，任职南科大，在薛其坤的领导下开元体育·(中国)官方网站，从零开始组建超导机理实验室，带领平均年龄仅28岁的研究团队，攻克了一系列科学和技术难关。

　　在薛其坤看来，本次科研突破充分展示了我国在高温超导前沿领域的原创竞争能力，彰显了跨区域科技创新的协同能力，体现了以“90后”为代表的年轻科学家团队，在技术方法上的开拓创新能力。

　　南科大等在高温超导领域获得重大突破，团队在常压环境下实现了镍氧化物材料的高温超导电性，并观测到“零电阻”和“完全抗磁性”双重特征。

　　镍基、铜基与铁基三类高温超导体电子结构相异，却均可实现高温超导，三者的对比研究，将直指高温超导电子配对的核心机制，为破解高温超导机理这一世纪科学难题提供关键钥匙。超导机理的突破，不仅将深化人类对量子物质行为的理解，更将为能源、信息、医疗等领域的颠覆性技术奠定科学基石，进一步有力推动社会生产力的提升和科技创新发展。

　　作为产生此次成果的关键技术“强氧化原子逐层外延”，其诞生与粤港澳大湾区独特的产学研生态密不可分，体现出大湾区在科技创新和产学研深度融合方面的独特优势。

　　在此次攻关过程中，科研团队深度联动本地高端装备制造企业，持续探索并不断优化“科研牵引—联合开发—迭代升级”的新型校企协同研发范式。针对超高真空、超强氧化环境、原子级沉积精度、高度自动化等严苛的要求，南科大科研团队等组织多家国产设备制造企业，迅速组建由材料科学家、精密机械工程师和自动化控制专家组成的联合技术组，在技术验证和科研应用的过程中反复迭代，率先打造出兼具超强氧化氛围与原子级沉积精度的薄膜外延设备，实现较国际同类设备提升上万倍的氧化效能。

　　在当前国际科技竞争日益激烈、你追我赶的背景下，大湾区产业链的快速响应与协同攻关能力，成为此次南科大联合科研团队取得突破的重要因素。本地企业通过派驻技术人员与高校实验室建立长期合作关系，能够实时掌握设备运行状态，并在出现故障时快速完成维修或提供替代方案，最大程度支撑科研工作的高效进行。这种伴随式、快速响应式的服务不仅提升了设备的使用效率，还促进了设备不断迭代升级，达到更高的运行水平。

　　“团队全部采用国产仪器，发展了独特的强氧化能力薄膜生长技术，成功获得了晶体质量更高的薄膜材料，不仅实现了科学上的突破性发现，更为我国在超导乃至量子材料领域的长期自主发展奠定了坚实基础。”薛其坤表示，“这是我们国家自主发展实验技术的一个重大创新。团队将进一步用独特的实验技术，继续探索不同的材料体系，争取在常压下让它的温度也能高于液氮”。

　　超导，这一神奇的物理现象，常被形象地比喻为电力高速公路上的“零能耗跑车”。中国科学院院士、南科大校长薛其坤团队通过研究发现，让镍基材料在日常压力环境中，并且在零下233摄氏度以上就能实现超导。团队核心成员、南科大物理系副教授陈卓昱表示，“本镍基高温超导只能在非常高的压力下实现，高达十几万个大气压，基本上相当于地球内部的压力开元体育·(中国)官方网站。南科大等在高温超导领域获得重大突破，团队在常压环境下实现了镍氧化物材料的高温超导电性，并观测到“零电阻”和“完全抗磁性”双重特征。