我国科学家在高温超导领域取得重大突破

我国科学家在高温超导领域取得重大突破

近日，南方科技大学、粤港澳大湾区量子科学中心、清华大学联合组成的研究团队在高温超导领域取得重大突破。他们自主研发的"强氧化原子逐层外延"技术，成功在常压下实现了镍基材料的高温超导，突破了40K"麦克米兰极限"。这一成果于2月18日在国际顶级学术期刊《自然》发表，标志着我国在高温超导研究领域取得重要进展。

超导现象自1911年被发现以来，一直是物理学界的重要研究方向。超导材料具有零电阻和完全抗磁性的特性，被广泛认为具有颠覆性的技术前景。然而，大多数超导材料需要在极低温度下才能实现超导，这大大限制了其实际应用。因此，寻找更高温度的超导材料成为国际科学界的重要目标。

传统超导体的最高转变温度为40K（约零下233摄氏度），被称为"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这一极限，被称为高温超导体。但高温超导机理复杂，科学家探索近40年仍未完全破解。

近年来，镍基超导材料引起了广泛关注。2019年，美国科学家首次在镍基薄膜中观测到超导电性，但其超导温度较低。2023年，我国科学家在高压环境下实现了镍基材料的液氮温区超导。然而，如何在常压下实现高温超导，成为全球科学家竞相追逐的目标。

针对这一挑战，由南方科技大学校长薛其坤院士与南科大物理系副教授陈卓昱率领的研究团队持续攻关，自主研发了"强氧化原子逐层外延"技术。这项技术可以在氧化能力比传统方法强上万倍的条件下，实现原子层的逐层生长，并精确控制化学配比，构建出结构复杂、热力学亚稳、但晶体质量趋于完美的氧化物薄膜。

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，通过界面工程，实现了"原子铆钉术"，固定住了原本需要极高压环境下才能稳定存在的原子结构。他们试验了一千多片样品，最后成功地获得了常压下的超导电性。通过精密的电磁输运测量，观测到了零电阻与抗磁性，确认了高温超导电性的存在。

值得注意的是，实现这一重大突破的科研团队高度年轻化，团队成员平均年龄为28岁，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。团队负责人陈卓昱副教授仅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，后赴美国斯坦福大学深造。三年前回到深圳，任职南方科技大学，在薛其坤院士的领导下，从零开始组建超导机理实验室，开展高温超导研究。

镍基超导研究是当前国际科学界的前沿热点，全球竞争异常激烈。本次中国研究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。

科研团队在此次攻关过程中，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、高度自动化等等严苛的要求，科研团队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，最终打造出全球首台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。

薛其坤表示："深圳是高新企业云集的创新性国际化城市，南科大在青年优秀人才引进和前沿科技研究上大有作为，显示出深圳建设中国特色社会主义先行示范区的强大后劲。"

目前，该研究已引发国际学术界高度关注。镍基、铜基与铁基三类高温超导体电子结构相异，通过三者的对比研究，可以深入理解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。