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| 薛其坤（左二(er)）与研发团队在(zai)实(shi)验室进(jin)行高温超(chao)导研究 受访者供图 |
羊城晚报讯 记者沈婷婷报道(dao)：我国科学(xue)家(jia)在(zai)高温超(chao)导领(ling)域取得重大突破。由国家(jia)最(zui)高科学(xue)技术奖获得者薛其坤院士(shi)领(ling)衔的南方科技大学(xue)、粤港澳大湾区(qu)量(liang)子科学(xue)中心与清华大学(xue)联合研究团队，于北京时间2月18日在(zai)国际学(xue)术期刊《自然》线(xian)上(shang)发表研究成果，发现常压下镍氧化物的高温超(chao)导电性。该发现使镍基(ji)材料(liao)成为继铜基(ji)、铁基(ji)之(zhi)后，第三类在(zai)常压下突破40K“麦克米兰极限”的高温超(chao)导材料(liao)体系，为解决高温超(chao)导机(ji)理的科学(xue)难题提供了全新突破口。
当日，南科大举行高温超(chao)导研究重大成果发布会，对(dui)上(shang)述成果进(jin)行详细介绍。
全部采用国产仪器攻关
超(chao)导好比电力高速公路上(shang)的“零能耗跑(pao)车”，电流通过时完全没(mei)有(you)损耗，被(bei)广泛认为具有(you)颠覆性的技术前景。超(chao)导现象(xiang)自1911年被(bei)发现以来，寻找更高温度的超(chao)导材料(liao)成为国际科学(xue)界的一个重要研究方向。传统超(chao)导体的超(chao)导最(zui)高转变温度为40K，也就是“麦克米兰极限”。此前，铜基(ji)和铁基(ji)两类材料(liao)的超(chao)导转变温度突破了“麦克米兰极限”，被(bei)称为高温超(chao)导体，但高温超(chao)导机(ji)理复杂如(ru)同(tong)“量(liang)子迷宫”，科学(xue)家(jia)探索(suo)近40年仍未破解。
近年来，镍基(ji)超(chao)导材料(liao)“异军突起”。2019年，美国科学(xue)家(jia)首次在(zai)镍基(ji)薄膜中观测到超(chao)导电性，但其超(chao)导温度较低。2023年，我国科学(xue)家(jia)在(zai)超(chao)过十万个大气(qi)压的高压环境下，实(shi)现了镍基(ji)材料(liao)的液(ye)氮温区(qu)超(chao)导，在(zai)国际上(shang)引起广泛影响(xiang)。然而，如(ru)何摆脱高压限制、实(shi)现常压高温超(chao)导，成为全球(qiu)科学(xue)家(jia)竞相(xiang)追逐的目(mu)标(biao)。
针对(dui)这一挑战，3年来，由薛其坤院士(shi)与陈卓昱副教授率领(ling)的研究团队持续(xu)攻关，自主研发了“强氧化原子逐层外延”技术。这项技术可以在(zai)氧化能力比传统方法强上(shang)万倍的条(tiao)件下，依然实(shi)现原子层的逐层生长，并精(jing)确控制化学(xue)配(pei)比，如(ru)同(tong)在(zai)纳米尺(chi)度上(shang)“搭原子积木”，构(gou)建(jian)出结(jie)构(gou)复杂、热力学(xue)亚稳，但晶体质(zhi)量(liang)趋于完美的氧化物薄膜。
研究团队将这项技术应用于镍基(ji)超(chao)导材料(liao)的开(kai)发之(zhi)中：在(zai)原子级(ji)平滑的基(ji)片(pian)之(zhi)上(shang)，精(jing)确排列镍、氧等原子，构(gou)建(jian)出厚度仅几纳米的超(chao)薄膜。特别是，研究团队在(zai)极强的氧化环境下，通过界面(mian)工程，实(shi)现了“原子铆钉术”，固(gu)定住了原本需要极高压环境下才能稳定存在(zai)的原子结(jie)构(gou)。他们(men)试验了一千(qian)多片(pian)样品，最(zui)后成功地(di)获得了常压下的超(chao)导电性。
镍基(ji)超(chao)导研究是当前国际科学(xue)界的前沿热点，全球(qiu)竞争异常激烈。美国斯坦福大学(xue)的研究团队与合作(zuo)者几乎同(tong)时也报告了类似材料(liao)体系中的常压超(chao)导电性。中美团队研究路径(jing)独立，实(shi)验相(xiang)互印证。值得一提的是，中国团队全部采用国产仪器，发展了独特的强氧化能力薄膜生长技术，成功获得了晶体质(zhi)量(liang)更高的薄膜材料(liao)，不仅实(shi)现了科学(xue)上(shang)的突破性发现，更为我国在(zai)超(chao)导乃至量(liang)子材料(liao)领(ling)域的长期自主发展奠定了坚实(shi)基(ji)础。
研究团队平均年龄28岁
记者关注到，实(shi)现这一重大突破的科研团队高度年轻化。团队负责人陈卓昱副教授仅35岁，他从小酷爱(ai)物理，以广东省高中物理竞赛第一名保送清华大学(xue)物理系，后赴美国斯坦福大学(xue)深造，一直保持对(dui)物理的热忱。陈卓昱3年前回到家(jia)乡深圳，任职(zhi)于南方科技大学(xue)，在(zai)薛其坤院士(shi)的领(ling)导下，从零开(kai)始组建(jian)超(chao)导机(ji)理实(shi)验室，开(kai)展高温超(chao)导研究。这项成果正是在(zai)他的直接率领(ling)下，主要由博士(shi)后和在(zai)读研究生组成的平均年龄仅28岁的研究团队努力攻关而取得的。
薛其坤表示，本次科研突破充分展示了我国在(zai)高温超(chao)导前沿领(ling)域的原创竞争能力，彰显了跨区(qu)域科技创新的协同(tong)能力，体现了以90后为代表的年轻科学(xue)家(jia)团队在(zai)技术方法上(shang)的开(kai)拓(tuo)创新能力，凸显了以粤港澳大湾区(qu)为代表的国产自主可控科研设备对(dui)前沿科研创新的支撑能力。
该研究已引发国际学(xue)术界高度关注。镍基(ji)、铜基(ji)与铁基(ji)三类高温超(chao)导体电子结(jie)构(gou)相(xiang)异，通过三者的对(dui)比研究，可以深入理解高温超(chao)导电子配(pei)对(dui)的核心机(ji)制，为破解高温超(chao)导机(ji)理这一世纪科学(xue)难题提供关键钥匙。
