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金筑财富全国人工服务客服电话
2025-02-23 00:47:55
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中国科学家发现——

常压下镍氧化物具高温超导电(dian)性(科技自立自强)

这项研究实现了(le)全链条自主创新

《人民日报》(2025年02月19日第 12 版)

本报深圳2月18日电(dian) (记者吕绍刚、程(cheng)远州)由国家最(zui)高科学技术(shu)奖获得者薛其坤院士领衔的南方科技大学、粤(yue)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(zai)国际(ji)学术(shu)期刊《自然》线上发表研究成果,发现常压下镍氧化物的高温超导电(dian)性,并观测到“零电(dian)阻”和“完全抗磁性”双重特(te)征(zheng)。这是我国科学家在(zai)高温超导领域作出的一项突破性科学成果,这一发现为(wei)破解高温超导机理提供了(le)全新突破口。

简单(dan)来说,超导好比电(dian)力高速公路上的“零能耗跑车(che)”,电(dian)流通(tong)过(guo)时完全没有(you)损耗,被广(guang)泛认为(wei)具有(you)颠覆(fu)性的技术(shu)前景。目前,超导材料已应用(yong)于医疗、电(dian)力、能源、交通(tong)、信(xin)息、量子计算、精密测量等方面。例如,地月距离高精度(du)测量用(yong)的超导单(dan)光子探测技术(shu),量子计算用(yong)的超导量子比特(te)以及(ji)医院里常见的核(he)磁共振(zhen)成像仪等。

自1911年超导现象被发现以来,寻(xun)找更高温度(du)的超导材料就成为(wei)国际(ji)科学界的一个重要研究方向。传统超导体的超导最(zui)高转变温度(du)为(wei)40K(开(kai)尔文),约(yue)为(wei)零下233摄氏度(du),即“麦克米兰极限(xian)”。此前,铜基和铁基两类材料的超导转变温度(du)突破了(le)“麦克米兰极限(xian)”,被称(cheng)为(wei)高温超导体。本次发现使镍基材料成为(wei)继铜基、铁基材料之(zhi)后,第三类在(zai)常压下突破“麦克米兰极限(xian)”的高温超导材料体系。

2023年,我国科学家在(zai)高压环境下实现了(le)镍基材料的液氮(dan)温区超导,在(zai)国际(ji)上引发关注。但高温超导机理仍(reng)未破解,如何摆脱高压限(xian)制、实现常压高温超导,成为(wei)全球科学家的挑战目标。

针(zhen)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,自主研发了(le)“强氧化原子逐层外延”技术(shu),并将之(zhi)应用(yong)于镍基超导材料的开(kai)发中。这项技术(shu)可以在(zai)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(zai)纳米尺(chi)度(du)上“搭原子积木”,构建出结构复(fu)杂、热力学亚稳(wen),但晶体质量趋于完美的氧化物薄膜。

研究团队在(zai)原子级平滑的基片(pian)之(zhi)上,精确排列镍、氧等原子,构建出厚度(du)仅几纳米的超薄膜,并在(zai)极强的氧化环境下,通(tong)过(guo)界面工程(cheng),实现了(le)“原子铆钉术(shu)”,固定住了(le)原本需要极高压环境下才能稳(wen)定存在(zai)的原子结构。

薛其坤介绍,这是氧化物薄膜外延生长技术(shu)的一次重大跨越,不仅为(wei)包括宽禁带半导体等各类氧化物的缺(que)氧难题提供了(le)解决(jue)方案,还极大地拓展了(le)高温超导等强关联电(dian)子系统的人工设计与制备(bei)。同时,这也表明,通(tong)过(guo)界面工程(cheng)优化材料设计,有(you)望在(zai)更高的温度(du)实现镍基超导。

值得注意(yi)的是,本次成果是在(zai)新型有(you)组织科研的模式下取(qu)得的。在(zai)攻关过(guo)程(cheng)中,科研团队深度(du)联动(dong)粤(yue)港澳大湾区本地的高端(duan)装备(bei)制造企业,持续探索并不断优化“科研牵(qian)引—联合开(kai)发—迭代升级”的新型校企协同研发范式,彰显了(le)跨区域科技创新的协同能力。

针(zhen)对超高真空、超强氧化环境、原子级沉积精度(du)、高度(du)自动(dong)化等严苛的要求,科研团队组织多家国产设备(bei)制造企业,在(zai)技术(shu)验证和科研应用(yong)的过(guo)程(cheng)中反复(fu)迭代,最(zui)终打造出全球首台兼具超强氧化氛围(wei)与原子级沉积精度(du)的薄膜外延设备(bei),实现较国际(ji)同类设备(bei)提升上万倍的氧化效能。

“此次研究实现了(le)全链条自主创新,基于全国产设备(bei),发展了(le)独特(te)的强氧化能力薄膜生长技术(shu),成功获得了(le)晶体质量更高的薄膜材料,不仅取(qu)得了(le)科学上的突破性发现,也为(wei)我国在(zai)超导乃(nai)至量子材料领域的长期自主发展奠定了(le)坚实基础。”薛其坤说。

目前,该研究已引发国际(ji)学术(shu)界高度(du)关注。镍基、铜基与铁基三类高温超导体电(dian)子结构相异,通(tong)过(guo)三者的对比研究,可以深入理解高温超导电(dian)子配对的核(he)心机制,为(wei)破解高温超导机理这一科学难题提供关键钥匙,为(wei)能源、信(xin)息、医疗等领域的颠覆(fu)性技术(shu)奠定科学基石(shi)。

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