由南方科技大學、粵港澳大灣區(qū)量子科學中心與清華大學聯(lián)合組成的研究團隊于2月18日在國際學術(shù)期刊《自然》線上發(fā)表研究成果，在常壓環(huán)境下實現(xiàn)了鎳氧化物材料的高溫超導電性，超導起始轉(zhuǎn)變溫度突破40開爾文（K），相當于零下233攝氏度，觀測到零電阻和抗磁性的雙重特征。這一發(fā)現(xiàn)使鎳基材料成為繼銅基、鐵基之后，第三類在常壓下突破40K“麥克米蘭極限”的高溫超導材料體系，為解決高溫超導機理的科學難題提供了全新突破口。
“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(shù)前景。傳統(tǒng)超導體的超導最高轉(zhuǎn)變溫度為40K，也就是‘麥克米蘭極限’。”團隊負責人陳卓昱表示，此前，銅基和鐵基兩類材料的超導轉(zhuǎn)變溫度突破了“麥克米蘭極限”，被稱為高溫超導體，但高溫超導機理復雜，如何擺脫高壓限制、實現(xiàn)常壓高溫超導，近年來成為全球科學家競相追逐的目標。
針對這一挑戰(zhàn)，3年來，由薛其坤院士與陳卓昱率領(lǐng)的研究團隊持續(xù)攻關(guān)，自主研發(fā)了“強氧化原子逐層外延”技術(shù)。“我們將這項技術(shù)應(yīng)用于鎳基超導材料的開發(fā)之中：在原子級平滑的基片之上，精確排列鎳、氧等原子，構(gòu)建出厚度僅幾納米的超薄膜。在極強的氧化環(huán)境下，通過界面工程，實現(xiàn)了‘原子鉚釘術(shù)’，固定住了原本需要極高壓環(huán)境下才能穩(wěn)定存在的原子結(jié)構(gòu)。”陳卓昱說，我們試驗了1000多片樣品，最后成功地獲得了常壓下的超導電性。通過精密的電磁輸運測量，觀測到了零電阻與抗磁性，確認了高溫超導電性的存在。此次突破也表明，通過界面工程優(yōu)化材料設(shè)計，有望在更高的溫度，例如液氮溫區(qū)實現(xiàn)鎳基超導。
研究中，團隊全部采用國產(chǎn)儀器，發(fā)展了獨特的強氧化能力薄膜生長技術(shù)，成功獲得了晶體質(zhì)量更高的薄膜材料，不僅實現(xiàn)了科學上的突破性發(fā)現(xiàn)，更為我國在超導乃至量子材料領(lǐng)域的長期自主發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。
該研究已引發(fā)國際學術(shù)界高度關(guān)注。鎳基、銅基與鐵基三類高溫超導體電子結(jié)構(gòu)相異，通過三者的對比研究，可以深入理解高溫超導電子配對的核心機制，為破解高溫超導機理這一世紀科學難題提供關(guān)鍵鑰匙。超導機理的突破不僅將深化人類對量子物質(zhì)行為的理解，更將為能源、信息、醫(yī)療等領(lǐng)域的顛覆性技術(shù)奠定科學基石，有力推動社會生產(chǎn)力的提升和科技創(chuàng)新發(fā)展。
編輯：李華山
