转自：经济日报

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与清华大学联合研究团队宣布发现常压下镍氧化物的高温超导电性，使镍基材料成为继铜基、铁基之后，第三类在常压下突破40K（开尔文）“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新突破口。相关成果线上发表于国际学术期刊《自然》。

图为中国科学院院士薛其坤（右一）及研究团队成员在实验室进行学术探讨。王璇摄

超导好比电力高速公路上的“零能耗跑车”，电流通过时完全没有损耗，被广泛认为具有颠覆性的技术前景。超导现象自1911年被发现以来，寻找更高温度的超导材料成为国际科学界的一个重要研究方向。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，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。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，由中国科学院院士、南方科技大学校长、粤港澳大湾区量子科学中心主任薛其坤与南方科技大学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，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。

“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，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、但晶体质量趋于完美的氧化物薄膜，这是氧化物薄膜外延生长技术的一次重大跨越，不仅为包括宽禁带半导体等各类氧化物的缺氧难题提供了解决方案，还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。”薛其坤表示，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。研究团队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。此次突破也表明，通过界面工程优化材料设计，很有希望在更高的温度，例如液氮温区实现镍基超导。

据介绍，此次发现在新型有组织科研的模式下，由南方科技大学、粤港澳大湾区量子科学中心、清华大学三个单位开展大团队跨区域协作，其中，位于河套深港科技创新合作区深圳园区的粤港澳大湾区量子科学中心多位科研人员参与了此项联合攻关，在材料生长技术研发、关键物性测量等方面参与协作，发挥了重要作用。

“此次科学研究全部采用了本地化国产仪器，凸显了以大湾区为代表的国产自主可控科研设备对前沿科研创新的支撑能力。”陈卓昱表示，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，实现了较国际同类设备提升上万倍的氧化效能。

该研究成果引发了学术界高度关注。中国科学院大学卡弗里理论科学研究所所长张富春表示，此次发现至关重要，意味着镍基高温超导研究上了一个新台阶。目前，我国已经在高温超导方面形成一系列成果，这是我国强调基础研究厚积薄发的结果。特别值得欣喜的是，实现这一重大突破的科研团队高度年轻化，团队负责人陈卓昱年仅35岁，团队主要由博士后和在读研究生组成，平均年龄仅28岁，凸显了以“90后”为代表的我国年轻科学家团队在技术方法上的开拓创新能力。（经济日报记者 杨阳腾）