兩全新常壓鎳基超導材料問世

【據新華社深圳九日電】中國科學家九日宣佈在常壓鎳基高溫超導領域再獲突破，通過原子級精準工程創制新型常壓鎳基氧化物超導材料。

南方科技大學量子功能材料全國重點實驗室和物理系、粵港澳大灣區量子科學中心薛其坤——陳卓昱團隊，與中國科學技術大學沈大偉團隊等合作，四月八日晚在國際學術期刊《自然》發表最新研究成果，在極端氧化條件下通過人工設計原子堆疊序列，創制出單層——雙層超結構和雙層——三層超結構兩種全新常壓高溫超導體，並結合角分辨光電子能譜，識別出了超導態對應的電子能帶結構，為破解高溫超導機理提供了關鍵實驗依據。

高溫超導領域突破

上述成果是在二〇二四年末同一聯合研究團隊發現並確立常壓鎳基高溫超導電性的基礎上取得的重要進展。從實現常壓鎳基高溫超導，到提升超導性能，再到人工創制全新超導材料並揭示其電子結構起源，這一系列突破體現了我國在高溫超導這一前沿科研方向上的持續自主創新能力。

高溫超導是凝聚態物理領域最重要的研究前沿之一。繼銅基和鐵基高溫超導體之後，鎳基材料被認為是有希望揭示高溫超導機理的第三類體系。然而，鎳基超導材料的合成與控制面臨一個根本性的矛盾：實現超導所必需的高度氧化狀態，與實現晶格穩定生長之間存在熱力學衝突。這就好比要同時燒制瓷器的瓷胎和釉面——瓷胎成型需要溫和穩定的環境，釉面顯色則需要猛火強氧，兩道工序的條件針鋒相對，傳統方法很難兼顧。

研究團隊自主研發的“強氧化原子逐層外延”技術，巧妙地破解了這一難題。該技術營造出超強的氧化氛圍，開闢出一個極端非平衡的生長區間，使薄膜在生長過程中一步完成結構構建與充分氧化。這如同在奈米世界中，一邊逐層搭建“原子積木”，一邊實時鎖定每一層的化學狀態，按照人工設計的藍圖，精確排列鑭、鐠、鎳等原子，從而構建出從純雙層到複雜超結構等一系列超導薄膜，晶體質量趨於完美。這種在超強氧化條件下的原子級工程能力，是氧化物薄膜外延生長領域的技術跨越，不僅為鎳基超導研究提供了獨一無二的實驗平台，也為破解各類氧化物材料的缺氧難題提供了全新的解決思路。