北京時間2025年2月18日，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(qū)量子科學中心與清華大學聯合組成的研究團隊（以下簡稱“研究團隊”），在國際頂級學術期刊《自然》線上發(fā)表研究成果。

　　研究團隊在常壓環(huán)境下實現了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），相當于零下233攝氏度，觀測到“零電阻”和“抗磁性”的雙重特征。這一發(fā)現使鎳基材料成為繼銅基、鐵基之后，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，為解決高溫超導機理的科學難題提供了全新突破口。

　　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(fā)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。傳統超導體的超導最高轉變溫度為40K，也就是“麥克米蘭極限”。此前，銅基和鐵基兩類材料的超導轉變溫度突破了“麥克米蘭極限”，被稱為高溫超導體，但高溫超導機理復雜如同“量子迷宮”，科學家探索近40年仍未破解。

　　近年來，鎳基超導材料“異軍突起”。2019年，美國科學家首次在鎳基薄膜中觀測到超導電性，但其超導溫度較低。2023年，我國科學家在超過十萬個大氣壓的高壓環(huán)境下，實現了鎳基材料的液氮溫區(qū)超導，在國際上引起廣泛影響。然而，如何擺脫高壓限制、實現常壓高溫超導，成為全球科學家競相追逐的目標。

　　針對這一挑戰(zhàn)，三年來，由薛其坤院士與南方科技大學物理系副教授陳卓昱率領的研究團隊持續(xù)攻關，自主研發(fā)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，并精確控制化學配比，如同在納米尺度上“搭原子積木”，構建出結構復雜、熱力學亞穩(wěn)、但晶體質量趨于完美的氧化物薄膜，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，還極大地拓展了高溫超導等強關聯電子系統的人工設計與制備。

　　研究團隊將這項技術應用于鎳基超導材料的開發(fā)之中：在原子級平滑的基片之上，精確排列鎳、氧等原子，構建出厚度僅幾納米的超薄膜。特別是，研究團隊在極強的氧化環(huán)境下，通過界面工程，實現了“原子鉚釘術”，固定住了原本需要極高壓環(huán)境下才能穩(wěn)定存在的原子結構。

　　研究團隊試驗了一千多片樣品，最后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。此次突破也表明，通過界面工程優(yōu)化材料設計，很有希望在更高的溫度，例如液氮溫區(qū)實現鎳基超導。

　　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。美國斯坦福大學的研究團隊與合作者幾乎同時也報告了類似材料體系中的常壓超導電性。中美團隊研究路徑獨立，實驗相互印證。特別值得一提的是，中國團隊全部采用國產儀器，發(fā)展了獨特的強氧化能力薄膜生長技術，成功獲得了晶體質量更高的薄膜材料，不僅實現了科學上的突破性發(fā)現，更為我國在超導乃至量子材料領域的長期自主發(fā)展奠定了堅實基礎。

　　引人注意的是，實現這一重大突破的研究團隊高度年輕化，主要由博士后和在讀研究生組成的平均年齡僅28歲的研究團隊努力攻關而取得的。團隊負責人陳卓昱副教授年僅35歲，他從小酷愛物理，以廣東省高中物理競賽第一名保送清華大學物理系，后赴美國斯坦福大學深造，一直保持對物理的熱忱。陳卓昱三年前回到家鄉(xiāng)深圳，任職南方科技大學物理系，在薛其坤院士的領導下，從零開始組建超導機理實驗室，開展高溫超導研究。

　　南方網、粵學習記者 劉單燕