中国超导研究突破世纪难题 实现镍基常压高温超导电性

中国超导研究突破世纪难题 实现镍基常压高温超导电性

中国科学家在超导研究领域取得重大突破，成功在常压环境下实现镍氧化物材料的高温超导电性。这一发现不仅使镍基材料成为继铜基、铁基之后第三类突破“麦克米兰极限”的高温超导材料体系，更为解决高温超导机理这一世纪科学难题提供了全新突破口。

薛其坤（右一）与研发团队在实验室进行高溫超導研究。（香港文匯報深圳传真）

近日，由薛其坤领衔的南方科技大学、粤港澳大湾区量子科学中心与清华大学联合组成的研究团队，在高溫超導领域取得重大突破。研究团队在常压环境下实现了镍氧化物材料的高溫超導電性，这一发现使镍基材料成为继铜基、铁基之后，第三类在常压下突破40K（开尔文）“麦克米兰极限”的高溫超導材料体系，为解决高溫超導机理这一世纪科学难题提供了全新突破口。研究成果构建了自主技术优势，为我国在超導乃至量子材料领域的长期自主发展奠定基础。

研究成果于北京时间2月18日在国际顶级学术期刊《自然》线上发表。值得一提的是，研究团队全部采用国产仪器，自主研發了独特的强氧化能力薄膜生长技术，成功获得晶體质量更高的薄膜材料，不仅实现了科学上的突破性发现，更为中国在超導乃至量子材料领域的长期自主发展奠定了坚实基础。

试验上千样品成功获成果

超導好比電力高速公路上的“零能耗跑車”，電流通過時完全沒有損耗，被廣泛認為具有顛覆性的技術前景。传统超导体的超导最高转变温度为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如同“量子迷宫”，科学家探索近40年仍未破解。

近年来，镍基超导材料“异军突起”。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，中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，在国际上引起广泛关注。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。

针对这一挑战，三年来，由薛其坤与南方科技大学陈卓昱率领的研究团队持续攻关，自主研發了“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，依然实现原子层的逐层生长，并精确控制化学配比，如同在纳米尺度上“搭原子积木”，构建出结构复杂、热力学亚稳，但晶體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，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，确认了高温超导电性的存在。

在国际科技竞争中具技术优势

陈卓昱表示，研究成果构建了自主技术优势，为中国在超導乃至量子材料领域的长期自主发展奠定基础。可以說，在此领域的国际科技竞争中形成了独特技术优势。

据悉，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。

薛其坤。（香港文匯報記者李望賢 攝）

团队年轻化 平均年龄28岁

据悉，相关研究由南科大、粤港澳大湾区量子科学中心、清华大学三个单位的团队异地协作，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，后赴美国斯坦福大学深造，一直保持对物理的热忱。陈卓昱三年前回到家鄉深圳，任職南方科技大學。在薛其坤的领导下，他从零开始组建超导机理实验室，开展高温超导研究。这项成果正是在他的直接率领下，主要由博士后和在读研究生组成的平均年龄仅28岁的研究团队努力攻关而取得的。

薛其坤表示，南方科技大学在年轻优秀人才培养和科研探索方面大有作为，显示了中国特色社会主义先行示范区强大的后劲。学校也非常注重学生创新创业能力的培养，这对科研产业转化非常重要。

科研亮点

• 在常压环境下实现镍氧化物材料的高温超导电性：使镍基材料成为继铜基、铁基之后，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。

• 自主研发“强氧化原子逐层外延”技术：在氧化能力比传统方法强上万倍的条件下，依然实现原子层的逐层生长，并精确控制化学配比，如同在纳米尺度上“搭原子积木”，构建出结构复杂、热力学亚稳，但晶體质量趋于完美的氧化物薄膜，极大地拓展了高温超导等强关联电子系统的人工设计与制备，这项技术可应用于镍基超导材料的开发。

• 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。