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北京龙威互动科技有限公司全国统一客服电话
2025-02-23 00:09:13
北京龙威互动科技有限公司全国统一客服电话

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中国科学家发(fa)现——

常压下镍氧化物具(ju)高温超(chao)导电性(科技自立自强)

这项研究实(shi)现了全链条自主创新

《人民(min)日报》(2025年02月19日第 12 版)

本报深圳(chou)2月18日电 (记(ji)者(zhe)吕绍刚、程远州)由国家最高科学技术奖获得(de)者(zhe)薛其坤院士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研究团队于北京时间2月18日在国际(ji)学术期刊《自然》线上发(fa)表研究成果,发(fa)现常压下镍氧化物的高温超(chao)导电性,并观(guan)测到“零电阻”和“完全抗(kang)磁性”双重特征。这是我国科学家在高温超(chao)导领域(yu)作(zuo)出的一项突破性科学成果,这一发(fa)现为破解(jie)高温超(chao)导机理提供(gong)了全新突破口。

简单来说,超(chao)导好比电力高速公路上的“零能耗跑(pao)车”,电流通过时完全没有损耗,被广泛认为具(ju)有颠覆性的技术前景(jing)。目前,超(chao)导材(cai)料已应用于医疗、电力、能源、交通、信息、量子计算、精密测量等方面。例如,地月距离(li)高精度测量用的超(chao)导单光子探测技术,量子计算用的超(chao)导量子比特以及医院里常见的核磁共振成像仪等。

自1911年超(chao)导现象被发(fa)现以来,寻找更高温度的超(chao)导材(cai)料就(jiu)成为国际(ji)科学界的一个重要研究方向。传统超(chao)导体的超(chao)导最高转(zhuan)变温度为40K(开尔文),约(yue)为零下233摄氏度,即“麦克米兰极限”。此前,铜基和铁基两类材(cai)料的超(chao)导转(zhuan)变温度突破了“麦克米兰极限”,被称为高温超(chao)导体。本次发(fa)现使镍基材(cai)料成为继铜基、铁基材(cai)料之后,第三类在常压下突破“麦克米兰极限”的高温超(chao)导材(cai)料体系。

2023年,我国科学家在高压环境下实(shi)现了镍基材(cai)料的液氮温区超(chao)导,在国际(ji)上引发(fa)关注。但高温超(chao)导机理仍未破解(jie),如何摆脱高压限制(zhi)、实(shi)现常压高温超(chao)导,成为全球(qiu)科学家的挑战目标。

针对这一挑战,3年来,由薛其坤院士与陈卓昱副教授率领的研究团队持续攻关,自主研发(fa)了“强氧化原子逐(zhu)层外延”技术,并将(jiang)之应用于镍基超(chao)导材(cai)料的开发(fa)中。这项技术可以在氧化能力比传统方法强上万(wan)倍的条件下,实(shi)现原子层的逐(zhu)层生长,并精确控制(zhi)化学配比,如同(tong)在纳米尺度上“搭原子积木”,构(gou)建出结构(gou)复杂、热力学亚稳,但晶体质量趋于完美的氧化物薄膜。

研究团队在原子级平(ping)滑的基片之上,精确排列镍、氧等原子,构(gou)建出厚(hou)度仅几(ji)纳米的超(chao)薄膜,并在极强的氧化环境下,通过界面工程,实(shi)现了“原子铆钉术”,固定住(zhu)了原本需要极高压环境下才能稳定存在的原子结构(gou)。

薛其坤介(jie)绍,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(gong)了解(jie)决(jue)方案,还极大地拓展了高温超(chao)导等强关联电子系统的人工设(she)计与制(zhi)备。同(tong)时,这也表明,通过界面工程优化材(cai)料设(she)计,有望在更高的温度实(shi)现镍基超(chao)导。

值得(de)注意的是,本次成果是在新型有组织科研的模(mo)式下取得(de)的。在攻关过程中,科研团队深度联动粤港澳大湾区本地的高端装备制(zhi)造企(qi)业,持续探索并不断优化“科研牵引—联合开发(fa)—迭代升级”的新型校企(qi)协同(tong)研发(fa)范式,彰显了跨区域(yu)科技创新的协同(tong)能力。

针对超(chao)高真空、超(chao)强氧化环境、原子级沉积精度、高度自动化等严苛的要求,科研团队组织多家国产设(she)备制(zhi)造企(qi)业,在技术验证和科研应用的过程中反(fan)复迭代,最终打(da)造出全球(qiu)首台兼具(ju)超(chao)强氧化氛围与原子级沉积精度的薄膜外延设(she)备,实(shi)现较国际(ji)同(tong)类设(she)备提升上万(wan)倍的氧化效能。

“此次研究实(shi)现了全链条自主创新,基于全国产设(she)备,发(fa)展了独特的强氧化能力薄膜生长技术,成功获得(de)了晶体质量更高的薄膜材(cai)料,不仅取得(de)了科学上的突破性发(fa)现,也为我国在超(chao)导乃至量子材(cai)料领域(yu)的长期自主发(fa)展奠定了坚实(shi)基础。”薛其坤说。

目前,该研究已引发(fa)国际(ji)学术界高度关注。镍基、铜基与铁基三类高温超(chao)导体电子结构(gou)相异(yi),通过三者(zhe)的对比研究,可以深入理解(jie)高温超(chao)导电子配对的核心机制(zhi),为破解(jie)高温超(chao)导机理这一科学难题提供(gong)关键钥匙,为能源、信息、医疗等领域(yu)的颠覆性技术奠定科学基石。

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