近(jin)年来，镍基(ji)超导(dao)材料“异军突起”。2019年，美国科学家首次在镍基(ji)薄膜中观测到超导(dao)电性，但其(qi)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，实现了镍基(ji)材料的液氮(dan)温区超导(dao)，在国际上(shang)引起广泛影响。然而，如(ru)何(he)摆脱高压限(xian)制、实现常压高温超导(dao)，成为全球科学家竞相追逐的目(mu)标。

针对这(zhe)一挑战，三年来，由南方科技大学校长、中国科学院院士薛其(qi)坤与(yu)南方科技大学陈卓昱副教授率(lu)领的研究团队持续攻关，自主研发了“强氧化原子(zi)逐层外延”技术。

这(zhe)项技术可以在氧化能力比传统方法强上(shang)万倍的条件下，依然实现原子(zi)层的逐层生长，并精确控制化学配比，如(ru)同在纳米尺度上(shang)“搭(da)原子(zi)积木”，构建(jian)出结构复杂、热力学亚(ya)稳，但晶体质量趋于完美的氧化物薄膜，这(zhe)是氧化物薄膜外延生长技术的一次重大跨越，不(bu)仅为包括(kuo)宽禁带半导(dao)体等各类氧化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(zi)系统的人工(gong)设计与(yu)制备。

极强氧化环境下实现“原子(zi)铆钉术”

试验一千多片样(yang)品获常压下超导(dao)电性

研究团队将这(zhe)项技术应用(yong)于镍基(ji)超导(dao)材料的开发之中：在原子(zi)级平滑的基(ji)片之上(shang)，精确排列镍、氧等原子(zi)，构建(jian)出厚度仅几纳米的超薄膜。特别是，研究团队在极强的氧化环境下，通过(guo)界面工(gong)程，实现了“原子(zi)铆钉术”，固定住了原本(ben)需要极高压环境下才能稳定存(cun)在的原子(zi)结构。

他们(men)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。通过(guo)精密的电磁输运测量，观测到了零电阻与(yu)抗磁性，确认(ren)了高温超导(dao)电性的存(cun)在。此次突破也表明(ming)，通过(guo)界面工(gong)程优化材料设计，很有(you)希望在更高的温度，例如(ru)液氮(dan)温区实现镍基(ji)超导(dao)。

镍基(ji)超导(dao)研究全球竞争异常激烈(lie)

南科大团队全部(bu)采用(yong)国产仪器研发

镍基(ji)超导(dao)研究是当(dang)前国际科学界的前沿(yan)热点，全球竞争异常激烈(lie)。美国斯坦福大学的研究团队与(yu)合作者几乎同时也报(bao)告了类似材料体系中的常压超导(dao)电性。中美团队研究路径独立，实验相互印证。

特别值得一提的是，中国团队全部(bu)采用(yong)国产仪器，发展了独特的强氧化能力薄膜生长技术，成功获得了晶体质量更高的薄膜材料，不(bu)仅实现了科学上(shang)的突破性发现，更为我国在超导(dao)乃(nai)至量子(zi)材料领域的长期(qi)自主发展奠(dian)定了坚实基(ji)础。

重大突破科研团队高度年轻(qing)化

研究团队平均年龄仅28岁

薛其(qi)坤院士作为国家最高科学技术奖获得者，近(jin)年来始终(zhong)坚守科研一线，引领量子(zi)材料的前沿(yan)探索。此次发现，正是在新型有(you)组织(zhi)科研的模式(shi)下，经过(guo)南科大、粤港澳(ao)大湾区量子(zi)科学中心、清华大学三个单位(wei)，大团队异地协作，坚持不(bu)懈科研攻坚所取得的成果。

值得欣喜的是，实现这(zhe)一重大突破的科研团队高度年轻(qing)化。团队负责人陈卓昱副教授仅35岁，他从小酷爱物理，以广东省(sheng)高中物理竞赛第一名保送清华大学物理系，后赴美国斯坦福大学深造，一直保持对物理的热忱。陈卓昱三年前回到家乡深圳，任职南方科技大学，在薛其(qi)坤院士的领导(dao)下，从零开始组建(jian)超导(dao)机(ji)理实验室，开展高温超导(dao)研究。这(zhe)项成果正是在他的直接率(lu)领下，主要由博士后和在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。

本(ben)次科研突破充分展示了我国在高温超导(dao)前沿(yan)领域的原创竞争能力，彰显了跨区域科技创新的协同能力，体现了以90后为代表的年轻(qing)科学家团队在技术方法上(shang)的开拓创新能力，凸显了以粤港澳(ao)大湾区为代表的国产自主可控科研设备对前沿(yan)科研创新的支撑能力。

为破解世(shi)纪科学难题提供关键钥匙

将为多个领域颠覆(fu)性技术奠(dian)定基(ji)石

该研究已引发国际学术界高度关注。镍基(ji)、铜基(ji)与(yu)铁基(ji)三类高温超导(dao)体电子(zi)结构相异，通过(guo)三者的对比研究，可以深入(ru)理解高温超导(dao)电子(zi)配对的核心机(ji)制，为破解高温超导(dao)机(ji)理这(zhe)一世(shi)纪科学难题提供关键钥匙。

超导(dao)机(ji)理的突破不(bu)仅将深化人类对量子(zi)物质行为的理解，更将为能源、信息、医疗等领域的颠覆(fu)性技术奠(dian)定科学基(ji)石，进一步有(you)力推动社会生产力的提升和科技创新发展。

粤港澳(ao)大湾区产学研协同

创新助力关键技术突破

据了解，作为产生此次成果的关键技术“强氧化原子(zi)逐层外延”，其(qi)诞生与(yu)粤港澳(ao)大湾区独特的产学研生态密不(bu)可分，体现出大湾区在科技创新和产学研深度融(rong)合方面的独特优势。

科研团队在此次攻关过(guo)程中，深度联动本(ben)地高端装备制造企业(ye)，持续探索并不(bu)断优化“科研牵引—联合开发—迭代升级”的新型校企协同研发范式(shi)。针对超高真空、超强氧化环境、原子(zi)级沉积精度、高度自动化等等严苛的要求，科研团队组织(zhi)多家国产设备制造企业(ye)，迅速组建(jian)由材料科学家、精密机(ji)械工(gong)程师和自动化控制专家组成的联合技术组，在技术验证和科研应用(yong)的过(guo)程中反复迭代，最终(zhong)打造出全球首台兼具超强氧化氛(fen)围与(yu)原子(zi)级沉积精度的薄膜外延设备，实现较国际同类设备提升上(shang)万倍的氧化效能。

此外，本(ben)地企业(ye)通过(guo)派驻技术人员(yuan)与(yu)高校实验室建(jian)立长期(qi)合作关系，能够实时掌握设备运行状态，并在出现故障时快(kuai)速完成维(wei)修或提供替代方案，最大程度支撑科研工(gong)作的高效进行，这(zhe)种伴随式(shi)、快(kuai)速响应式(shi)的服(fu)务(wu)不(bu)仅提升了设备的使用(yong)效率(lu)，还促(cu)进了设备不(bu)断迭代升级，达到更高的运行水平。

据介绍，在当(dang)前国际科技竞争日益激烈(lie)、你追我赶的背景(jing)下，粤港澳(ao)大湾区产业(ye)链的快(kuai)速响应与(yu)协同攻关能力，成为此次南科大联合科研团队取得突破的重要因素，凸显出大湾区“基(ji)础研究—技术攻关—产业(ye)支撑”的创新闭环优势。

采写(xie)：南都记者 伍曼娜(na)

摄影：南都记者 冷锋