陸高溫超導新突破登《自然》期刊 鎳基材料突破麥克米蘭極限

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繼銅基、鐵基材料之後，鎳基材料成為了第三類在常壓下突破40K「麥克米蘭極限」的高溫超導材料體系。這一重磅成果由南方科技大學校長薛其坤院士領銜的南方科技大學、粵港澳大灣區量子科學中心與清華大學聯合研究團隊最新發表在頂級學術期刊《自然》（Nature）上。

澎湃新聞報導，上述聯合研究團隊在常壓環境下實現鎳氧化物材料的高溫超導電性，超導起始轉變溫度突破40開爾文（K），相當於零下233攝氏度，觀測到零電阻和抗磁性的雙重特徵。該成果為解決高溫超導機理的科學難題提供了全新突破口。

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超導好比電力高速公路上的「零能耗跑車」，電流通過時完全沒有損耗，被廣泛認為具有顛覆性的技術前景。超導現象自1911年被發現以來，尋找更高溫度的超導材料成為國際科學界的一個重要研究方向。

近年來，鎳基超導材料「異軍突起」。近年來國內外均有相關研究對外宣佈，然而，如何擺脫高壓限制、實現常壓高溫超導，仍然是全球科學家需要解決的難題。

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據南方科技大學介紹，三年來，由薛其坤院士與陳卓昱副教授率領的研究團隊持續攻關，自主研發了「強氧化原子逐層外延」技術。這項技術可以在氧化能力比傳統方法強上萬倍的條件下，依然實現原子層的逐層生長，並精確控制化學配比，如同在奈米尺度上「搭原子積木」，構建出結構複雜、熱力學亞穩、但晶體品質趨於完美的氧化物薄膜。

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薛其坤院士介紹，這是氧化物薄膜外延生長技術的一次重大跨越，不僅為包括寬禁帶半導體等各類氧化物的缺氧難題提供了解決方案，還拓展了高溫超導等強關聯電子系統的人工設計與製備。

研究團隊隨後將這項技術應用於鎳基超導材料的開發之中。具體來說，就是在原子級平滑的基片之上，精確排列鎳、氧等原子，構建出厚度僅幾奈米的超薄膜。特別是，研究團隊在極強的氧化環境下，通過介面工程，實現了「原子鉚釘術」，固定住了原本需要極高壓環境下才能穩定存在的原子結構。

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據介紹，研究團隊試驗了一千多片樣品，最後成功地獲得了常壓下的超導電性。通過精密的電磁輸運測量，觀測到了零電阻與抗磁性，確認了高溫超導電性的存在。

值得一提的是，鎳基超導研究是當前國際科學界的前沿熱點，全球競爭異常激烈。美國史丹佛大學等團隊幾乎同時也報告了類似材料體系中的常壓超導電性。

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不過，中國團隊在該項研究中全部採用國產儀器，發展了獨特的強氧化能力薄膜生長技術，成功獲得晶體品質更高的薄膜材料，不僅實現了科學上的突破性發現，更為中國在超導乃至量子材料領域的長期自主發展奠定了堅實基礎。

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南方科技大學校長薛其坤（右）領銜的南方科技大學、粵港澳大灣區量子科學中心與清華大學聯合研究團隊。圖／澎湃新聞