近年来，镍基超导(dao)材料(liao)“异(yi)军突(tu)起”。2019年，美国科学家首次在镍基薄膜中观测到超导(dao)电性，但其超导(dao)温度较低。2023年，我国科学家在超过(guo)十万个大气压的高压环境下，实(shi)现了镍基材料(liao)的液氮温区超导(dao)，在国际上(shang)引起广泛影响。然而，如何摆脱高压限制、实(shi)现常(chang)压高温超导(dao)，成为全球科学家竞相追逐的目标。

针对这一(yi)挑(tiao)战，三年来，由南方(fang)科技大学校长、中国科学院院士薛(xue)其坤与南方(fang)科技大学陈(chen)卓昱副教授率领的研究团队持续攻关，自主研发了“强氧化原(yuan)子逐层外延”技术。

这项技术可以在氧化能力(li)比传(chuan)统方(fang)法(fa)强上(shang)万倍的条件下，依然实(shi)现原(yuan)子层的逐层生长，并精确(que)控制化学配比，如同在纳米尺度上(shang)“搭原(yuan)子积木”，构建出结构复杂、热力(li)学亚稳(wen)，但晶体质量趋于(yu)完美的氧化物薄膜，这是氧化物薄膜外延生长技术的一(yi)次重大跨越，不仅为包括宽禁带半导(dao)体等各(ge)类氧化物的缺氧难题提(ti)供(gong)了解决方(fang)案，还极大地拓展了高温超导(dao)等强关联电子系统的人工设计与制备。

极强氧化环境下实(shi)现“原(yuan)子铆钉术”

试验一(yi)千多片样(yang)品获常(chang)压下超导(dao)电性

研究团队将(jiang)这项技术应用于(yu)镍基超导(dao)材料(liao)的开发之中：在原(yuan)子级(ji)平(ping)滑(hua)的基片之上(shang)，精确(que)排列镍、氧等原(yuan)子，构建出厚度仅几纳米的超薄膜。特(te)别是，研究团队在极强的氧化环境下，通过(guo)界面工程(cheng)，实(shi)现了“原(yuan)子铆钉术”，固定住了原(yuan)本需(xu)要极高压环境下才能稳(wen)定存(cun)在的原(yuan)子结构。

他(ta)们(men)试验了一(yi)千多片样(yang)品，最后(hou)成功地获得了常(chang)压下的超导(dao)电性。通过(guo)精密的电磁(ci)输运测量，观测到了零电阻与抗磁(ci)性，确(que)认了高温超导(dao)电性的存(cun)在。此次突(tu)破也表明，通过(guo)界面工程(cheng)优(you)化材料(liao)设计，很有希望在更高的温度，例如液氮温区实(shi)现镍基超导(dao)。

镍基超导(dao)研究全球竞争异(yi)常(chang)激烈

南科大团队全部(bu)采用国产仪器(qi)研发

镍基超导(dao)研究是当(dang)前国际科学界的前沿热点，全球竞争异(yi)常(chang)激烈。美国斯(si)坦福大学的研究团队与合作者几乎同时(shi)也报告了类似材料(liao)体系中的常(chang)压超导(dao)电性。中美团队研究路径独立，实(shi)验相互印证。

特(te)别值得一(yi)提(ti)的是，中国团队全部(bu)采用国产仪器(qi)，发展了独特(te)的强氧化能力(li)薄膜生长技术，成功获得了晶体质量更高的薄膜材料(liao)，不仅实(shi)现了科学上(shang)的突(tu)破性发现，更为我国在超导(dao)乃至量子材料(liao)领域(yu)的长期自主发展奠定了坚实(shi)基础。

重大突(tu)破科研团队高度年轻化

研究团队平(ping)均年龄仅28岁

薛(xue)其坤院士作为国家最高科学技术奖获得者，近年来始终坚守科研一(yi)线，引领量子材料(liao)的前沿探(tan)索。此次发现，正是在新(xin)型有组(zu)织科研的模式下，经过(guo)南科大、粤港(gang)澳大湾区量子科学中心、清华大学三个单位，大团队异(yi)地协作，坚持不懈科研攻坚所取得的成果。

值得欣喜的是，实(shi)现这一(yi)重大突(tu)破的科研团队高度年轻化。团队负责人陈(chen)卓昱副教授仅35岁，他(ta)从小酷爱物理，以广东省高中物理竞赛第一(yi)名保(bao)送清华大学物理系，后(hou)赴(fu)美国斯(si)坦福大学深(shen)造，一(yi)直保(bao)持对物理的热忱(chen)。陈(chen)卓昱三年前回(hui)到家乡深(shen)圳，任职南方(fang)科技大学，在薛(xue)其坤院士的领导(dao)下，从零开始组(zu)建超导(dao)机理实(shi)验室，开展高温超导(dao)研究。这项成果正是在他(ta)的直接(jie)率领下，主要由博士后(hou)和在读研究生组(zu)成的平(ping)均年龄仅28岁的研究团队努力(li)攻关而取得的。

本次科研突(tu)破充(chong)分展示了我国在高温超导(dao)前沿领域(yu)的原(yuan)创竞争能力(li)，彰显了跨区域(yu)科技创新(xin)的协同能力(li)，体现了以90后(hou)为代(dai)表的年轻科学家团队在技术方(fang)法(fa)上(shang)的开拓创新(xin)能力(li)，凸显了以粤港(gang)澳大湾区为代(dai)表的国产自主可控科研设备对前沿科研创新(xin)的支(zhi)撑(cheng)能力(li)。

为破解世纪科学难题提(ti)供(gong)关键钥匙

将(jiang)为多个领域(yu)颠覆(fu)性技术奠定基石

该(gai)研究已引发国际学术界高度关注。镍基、铜基与铁(tie)基三类高温超导(dao)体电子结构相异(yi)，通过(guo)三者的对比研究，可以深(shen)入理解高温超导(dao)电子配对的核心机制，为破解高温超导(dao)机理这一(yi)世纪科学难题提(ti)供(gong)关键钥匙。

超导(dao)机理的突(tu)破不仅将(jiang)深(shen)化人类对量子物质行为的理解，更将(jiang)为能源、信息、医疗等领域(yu)的颠覆(fu)性技术奠定科学基石，进一(yi)步有力(li)推动社(she)会生产力(li)的提(ti)升(sheng)和科技创新(xin)发展。

粤港(gang)澳大湾区产学研协同

创新(xin)助力(li)关键技术突(tu)破

据了解，作为产生此次成果的关键技术“强氧化原(yuan)子逐层外延”，其诞(dan)生与粤港(gang)澳大湾区独特(te)的产学研生态密不可分，体现出大湾区在科技创新(xin)和产学研深(shen)度融合方(fang)面的独特(te)优(you)势。

科研团队在此次攻关过(guo)程(cheng)中，深(shen)度联动本地高端装备制造企业，持续探(tan)索并不断优(you)化“科研牵引—联合开发—迭(die)代(dai)升(sheng)级(ji)”的新(xin)型校企协同研发范式。针对超高真空、超强氧化环境、原(yuan)子级(ji)沉积精度、高度自动化等等严苛的要求，科研团队组(zu)织多家国产设备制造企业，迅速组(zu)建由材料(liao)科学家、精密机械工程(cheng)师和自动化控制专家组(zu)成的联合技术组(zu)，在技术验证和科研应用的过(guo)程(cheng)中反复迭(die)代(dai)，最终打造出全球首台兼具超强氧化氛围与原(yuan)子级(ji)沉积精度的薄膜外延设备，实(shi)现较国际同类设备提(ti)升(sheng)上(shang)万倍的氧化效能。

此外，本地企业通过(guo)派驻技术人员与高校实(shi)验室建立长期合作关系，能够实(shi)时(shi)掌握设备运行状态，并在出现故障时(shi)快(kuai)速完成维修或(huo)提(ti)供(gong)替代(dai)方(fang)案，最大程(cheng)度支(zhi)撑(cheng)科研工作的高效进行，这种伴随式、快(kuai)速响应式的服(fu)务(wu)不仅提(ti)升(sheng)了设备的使(shi)用效率，还促进了设备不断迭(die)代(dai)升(sheng)级(ji)，达到更高的运行水平(ping)。

据介(jie)绍，在当(dang)前国际科技竞争日益激烈、你追我赶的背景下，粤港(gang)澳大湾区产业链(lian)的快(kuai)速响应与协同攻关能力(li)，成为此次南科大联合科研团队取得突(tu)破的重要因素，凸显出大湾区“基础研究—技术攻关—产业支(zhi)撑(cheng)”的创新(xin)闭环优(you)势。

采写：南都记者 伍曼娜(na)

摄影：南都记者 冷锋