近年来，镍基超导(dao)材(cai)料“异军突起”。2019年，美国科学家首次(ci)在镍基薄膜中观测到超导(dao)电性(xing)，但其(qi)超导(dao)温度较低。2023年，我(wo)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(cai)料的液氮温区超导(dao)，在国际上引起广泛影(ying)响。然而，如何摆脱高压限制(zhi)、实现常压高温超导(dao)，成为全球科学家竞相追逐(zhu)的目标。

针对(dui)这一挑战，三年来，由(you)南方科技(ji)大学校长、中国科学院(yuan)院(yuan)士薛其(qi)坤(kun)与南方科技(ji)大学陈卓昱副教授(shou)率领的研究(jiu)团(tuan)队持续(xu)攻关，自主研发了“强氧化(hua)原子逐(zhu)层外延”技(ji)术。

这项技(ji)术可以在氧化(hua)能力比传统(tong)方法强上万倍的条件下，依然实现原子层的逐(zhu)层生长，并精确控制(zhi)化(hua)学配比，如同在纳(na)米尺度上“搭(da)原子积木(mu)”，构建出结构复(fu)杂、热力学亚稳(wen)，但晶(jing)体质量趋于完美的氧化(hua)物薄膜，这是氧化(hua)物薄膜外延生长技(ji)术的一次(ci)重大跨越(yue)，不仅为包括宽禁带半导(dao)体等各类氧化(hua)物的缺氧难题提供了解决方案，还极大地拓展了高温超导(dao)等强关联电子系统(tong)的人工设(she)计与制(zhi)备(bei)。

极强氧化(hua)环境下实现“原子铆钉术”

试验一千多片样(yang)品获常压下超导(dao)电性(xing)

研究(jiu)团(tuan)队将这项技(ji)术应用于镍基超导(dao)材(cai)料的开发之中：在原子级平滑(hua)的基片之上，精确排列(lie)镍、氧等原子，构建出厚度仅几纳(na)米的超薄膜。特别是，研究(jiu)团(tuan)队在极强的氧化(hua)环境下，通(tong)过界面工程，实现了“原子铆钉术”，固定住(zhu)了原本需要极高压环境下才能稳(wen)定存在的原子结构。

他(ta)们试验了一千多片样(yang)品，最后成功地获得了常压下的超导(dao)电性(xing)。通(tong)过精密的电磁输运测量，观测到了零电阻与抗磁性(xing)，确认了高温超导(dao)电性(xing)的存在。此次(ci)突破也表明，通(tong)过界面工程优化(hua)材(cai)料设(she)计，很有希望在更高的温度，例(li)如液氮温区实现镍基超导(dao)。

镍基超导(dao)研究(jiu)全球竞争异常激烈

南科大团(tuan)队全部采用国产(chan)仪器(qi)研发

镍基超导(dao)研究(jiu)是当前国际科学界的前沿热点，全球竞争异常激烈。美国斯坦福大学的研究(jiu)团(tuan)队与合作者几乎同时也报告了类似材(cai)料体系中的常压超导(dao)电性(xing)。中美团(tuan)队研究(jiu)路(lu)径独立，实验相互印证。

特别值得一提的是，中国团(tuan)队全部采用国产(chan)仪器(qi)，发展了独特的强氧化(hua)能力薄膜生长技(ji)术，成功获得了晶(jing)体质量更高的薄膜材(cai)料，不仅实现了科学上的突破性(xing)发现，更为我(wo)国在超导(dao)乃至量子材(cai)料领域的长期自主发展奠定了坚实基础。

重大突破科研团(tuan)队高度年轻化(hua)

研究(jiu)团(tuan)队平均年龄仅28岁

薛其(qi)坤(kun)院(yuan)士作为国家最高科学技(ji)术奖(jiang)获得者，近年来始终坚守科研一线，引领量子材(cai)料的前沿探索。此次(ci)发现，正(zheng)是在新型有组织科研的模式下，经(jing)过南科大、粤港澳大湾区量子科学中心、清华大学三个单位，大团(tuan)队异地协作，坚持不懈科研攻坚所取得的成果。

值得欣喜的是，实现这一重大突破的科研团(tuan)队高度年轻化(hua)。团(tuan)队负责人陈卓昱副教授(shou)仅35岁，他(ta)从小酷爱物理，以广东(dong)省高中物理竞赛第一名(ming)保送清华大学物理系，后赴美国斯坦福大学深造，一直(zhi)保持对(dui)物理的热忱。陈卓昱三年前回到家乡(xiang)深圳，任职南方科技(ji)大学，在薛其(qi)坤(kun)院(yuan)士的领导(dao)下，从零开始组建超导(dao)机理实验室，开展高温超导(dao)研究(jiu)。这项成果正(zheng)是在他(ta)的直(zhi)接率领下，主要由(you)博士后和在读研究(jiu)生组成的平均年龄仅28岁的研究(jiu)团(tuan)队努力攻关而取得的。

本次(ci)科研突破充分展示了我(wo)国在高温超导(dao)前沿领域的原创竞争能力，彰显了跨区域科技(ji)创新的协同能力，体现了以90后为代(dai)表的年轻科学家团(tuan)队在技(ji)术方法上的开拓创新能力，凸(tu)显了以粤港澳大湾区为代(dai)表的国产(chan)自主可控科研设(she)备(bei)对(dui)前沿科研创新的支(zhi)撑能力。

为破解世纪科学难题提供关键钥匙

将为多个领域颠覆性(xing)技(ji)术奠定基石

该研究(jiu)已(yi)引发国际学术界高度关注(zhu)。镍基、铜(tong)基与铁基三类高温超导(dao)体电子结构相异，通(tong)过三者的对(dui)比研究(jiu)，可以深入理解高温超导(dao)电子配对(dui)的核心机制(zhi)，为破解高温超导(dao)机理这一世纪科学难题提供关键钥匙。

超导(dao)机理的突破不仅将深化(hua)人类对(dui)量子物质行为的理解，更将为能源(yuan)、信息、医疗等领域的颠覆性(xing)技(ji)术奠定科学基石，进一步有力推动(dong)社会生产(chan)力的提升和科技(ji)创新发展。

粤港澳大湾区产(chan)学研协同

创新助力关键技(ji)术突破

据了解，作为产(chan)生此次(ci)成果的关键技(ji)术“强氧化(hua)原子逐(zhu)层外延”，其(qi)诞生与粤港澳大湾区独特的产(chan)学研生态密不可分，体现出大湾区在科技(ji)创新和产(chan)学研深度融(rong)合方面的独特优势。

科研团(tuan)队在此次(ci)攻关过程中，深度联动(dong)本地高端装备(bei)制(zhi)造企业(ye)，持续(xu)探索并不断优化(hua)“科研牵引—联合开发—迭代(dai)升级”的新型校企协同研发范(fan)式。针对(dui)超高真空、超强氧化(hua)环境、原子级沉积精度、高度自动(dong)化(hua)等等严苛(ke)的要求(qiu)，科研团(tuan)队组织多家国产(chan)设(she)备(bei)制(zhi)造企业(ye)，迅速(su)组建由(you)材(cai)料科学家、精密机械工程师和自动(dong)化(hua)控制(zhi)专家组成的联合技(ji)术组，在技(ji)术验证和科研应用的过程中反复(fu)迭代(dai)，最终打造出全球首台兼具超强氧化(hua)氛围与原子级沉积精度的薄膜外延设(she)备(bei)，实现较国际同类设(she)备(bei)提升上万倍的氧化(hua)效能。

此外，本地企业(ye)通(tong)过派驻技(ji)术人员与高校实验室建立长期合作关系，能够(gou)实时掌(zhang)握设(she)备(bei)运行状态，并在出现故障(zhang)时快速(su)完成维修或提供替代(dai)方案，最大程度支(zhi)撑科研工作的高效进行，这种伴随式、快速(su)响应式的服务不仅提升了设(she)备(bei)的使用效率，还促(cu)进了设(she)备(bei)不断迭代(dai)升级，达到更高的运行水平。

据介绍，在当前国际科技(ji)竞争日益激烈、你追我(wo)赶的背景(jing)下，粤港澳大湾区产(chan)业(ye)链的快速(su)响应与协同攻关能力，成为此次(ci)南科大联合科研团(tuan)队取得突破的重要因素，凸(tu)显出大湾区“基础研究(jiu)—技(ji)术攻关—产(chan)业(ye)支(zhi)撑”的创新闭环优势。

采写：南都记者 伍曼娜(na)

摄影(ying)：南都记者 冷锋