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　　由南(nan)方(fang)科(ke)(ke)技大(da)學(xue)校長薛其坤院士領銜的(de)(de)(de)南(nan)方(fang)科(ke)(ke)技大(da)學(xue)、粵港澳大(da)灣區量(liang)子科(ke)(ke)學(xue)中心與(yu)清華大(da)學(xue)聯合組成(cheng)的(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)團隊于北京時間2月18日零點在國際頂級學(xue)術期刊《自然》線上(shang)發(fa)表研(yan)究(jiu)成(cheng)果，在常(chang)壓(ya)環(huan)境下(xia)實現(xian)(xian)了鎳氧化物材料(liao)(liao)的(de)(de)(de)高溫(wen)超導電性，超導起始轉變溫(wen)度突(tu)(tu)(tu)破(po)40開爾(er)文(K)，相當于零下(xia)233攝氏(shi)度，觀測到“零電阻”和(he)“抗(kang)磁性”的(de)(de)(de)雙重(zhong)特征。這一發(fa)現(xian)(xian)使鎳基材料(liao)(liao)成(cheng)為(wei)繼銅(tong)基、鐵(tie)基之后，第三類在常(chang)壓(ya)下(xia)突(tu)(tu)(tu)破(po)40K“麥克米蘭極限”的(de)(de)(de)高溫(wen)超導材料(liao)(liao)體系，為(wei)解決高溫(wen)超導機理(li)的(de)(de)(de)科(ke)(ke)學(xue)難題提供了全新(xin)突(tu)(tu)(tu)破(po)口(kou)。

　　超(chao)導(dao)好比(bi)電力(li)高(gao)(gao)速(su)公路上的(de)(de)“零(ling)能耗跑車”，電流通過(guo)時完全沒有損耗，被廣泛(fan)認為(wei)具有顛覆性的(de)(de)技術前景。超(chao)導(dao)現象自1911年(nian)被發現以來(lai)，尋找(zhao)更高(gao)(gao)溫度的(de)(de)超(chao)導(dao)材料成為(wei)國際科(ke)學界的(de)(de)一個重要研(yan)究方向(xiang)。傳(chuan)統超(chao)導(dao)體的(de)(de)超(chao)導(dao)最高(gao)(gao)轉變溫度為(wei)40K，也就是“麥(mai)克米蘭極(ji)限”。此前，銅基(ji)和(he)鐵基(ji)兩類材料的(de)(de)超(chao)導(dao)轉變溫度突(tu)破(po)(po)了“麥(mai)克米蘭極(ji)限”，被稱(cheng)為(wei)高(gao)(gao)溫超(chao)導(dao)體，但高(gao)(gao)溫超(chao)導(dao)機理(li)復雜如同(tong)“量(liang)子迷宮”，科(ke)學家探索近40年(nian)仍未破(po)(po)解。

　　近(jin)年來，鎳(nie)基超導(dao)材料“異軍突起”。2019年，美國(guo)科(ke)學(xue)家首次在(zai)鎳(nie)基薄膜中(zhong)觀測到(dao)超導(dao)電性(xing)，但其超導(dao)溫度(du)較(jiao)低。2023年，我國(guo)科(ke)學(xue)家在(zai)超過十萬個大氣壓(ya)的(de)高(gao)壓(ya)環境下，實現了鎳(nie)基材料的(de)液氮溫區超導(dao)，在(zai)國(guo)際上引起廣泛影響。然而，如(ru)何擺脫高(gao)壓(ya)限(xian)制、實現常壓(ya)高(gao)溫超導(dao)，成為全球科(ke)學(xue)家競相追逐的(de)目標。

　　針(zhen)對這(zhe)一(yi)(yi)挑戰，三年(nian)來，由(you)南方(fang)科技大(da)學(xue)薛其(qi)坤(kun)院士與(yu)物(wu)理系陳卓(zhuo)昱副教授率領的(de)(de)研究團隊(dui)持續攻關，自主研發了“強氧(yang)化(hua)原子(zi)逐(zhu)(zhu)層外(wai)(wai)延”技術。這(zhe)項(xiang)技術可(ke)以在(zai)(zai)氧(yang)化(hua)能力(li)比傳統方(fang)法強上萬倍的(de)(de)條件(jian)下，依(yi)然(ran)實現原子(zi)層的(de)(de)逐(zhu)(zhu)層生(sheng)長(chang)，并精確控(kong)制化(hua)學(xue)配比，如同在(zai)(zai)納(na)米(mi)尺(chi)度(du)上“搭原子(zi)積木”，構建出結構復雜、熱力(li)學(xue)亞穩、但晶體質量趨于完美的(de)(de)氧(yang)化(hua)物(wu)薄膜，這(zhe)是氧(yang)化(hua)物(wu)薄膜外(wai)(wai)延生(sheng)長(chang)技術的(de)(de)一(yi)(yi)次(ci)重大(da)跨越(yue)，不僅(jin)為包括寬禁帶半導體等各(ge)類氧(yang)化(hua)物(wu)的(de)(de)缺氧(yang)難題提供了解決方(fang)案，還極大(da)地拓展了高溫超導等強關聯電子(zi)系統的(de)(de)人(ren)工設計與(yu)制備。

　　研究團隊(dui)將這項技術應用(yong)于(yu)鎳(nie)基超(chao)(chao)(chao)導(dao)材料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)開發之中(zhong)：在(zai)原(yuan)子(zi)級平滑(hua)的(de)(de)(de)(de)基片(pian)之上，精(jing)確(que)排列鎳(nie)、氧(yang)等原(yuan)子(zi)，構建出厚(hou)度僅(jin)幾納米的(de)(de)(de)(de)超(chao)(chao)(chao)薄膜。特(te)別是，研究團隊(dui)在(zai)極強的(de)(de)(de)(de)氧(yang)化環境下(xia)，通(tong)過(guo)界面工(gong)程，實現(xian)了(le)(le)“原(yuan)子(zi)鉚釘術”，固定住了(le)(le)原(yuan)本需要極高(gao)壓環境下(xia)才(cai)能穩定存在(zai)的(de)(de)(de)(de)原(yuan)子(zi)結構。他們(men)試驗(yan)了(le)(le)一千多片(pian)樣(yang)品，最后(hou)成功地獲得了(le)(le)常壓下(xia)的(de)(de)(de)(de)超(chao)(chao)(chao)導(dao)電(dian)性(xing)。通(tong)過(guo)精(jing)密的(de)(de)(de)(de)電(dian)磁(ci)輸運(yun)測量，觀(guan)測到了(le)(le)零電(dian)阻(zu)與(yu)抗磁(ci)性(xing)，確(que)認(ren)了(le)(le)高(gao)溫超(chao)(chao)(chao)導(dao)電(dian)性(xing)的(de)(de)(de)(de)存在(zai)。此次(ci)突破也表明，通(tong)過(guo)界面工(gong)程優化材料(liao)(liao)設(she)計，很有希望在(zai)更高(gao)的(de)(de)(de)(de)溫度，例(li)如液氮溫區(qu)實現(xian)鎳(nie)基超(chao)(chao)(chao)導(dao)。

　　鎳(nie)基超(chao)導研究是(shi)(shi)當(dang)前(qian)國(guo)際科學界的(de)(de)(de)(de)前(qian)沿熱點，全球競爭異(yi)常激(ji)烈。美國(guo)斯坦福大學的(de)(de)(de)(de)研究團(tuan)隊與合(he)作者幾(ji)乎同(tong)時也(ye)報告了(le)類似材料(liao)體(ti)系(xi)中的(de)(de)(de)(de)常壓超(chao)導電性。中美團(tuan)隊研究路(lu)徑獨立，實(shi)驗相互印證。特別(bie)值得(de)一提的(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)，中國(guo)團(tuan)隊全部采用國(guo)產儀器，發展(zhan)了(le)獨特的(de)(de)(de)(de)強氧化(hua)能力(li)薄膜(mo)生長技術(shu)，成(cheng)功獲得(de)了(le)晶(jing)體(ti)質量(liang)更高的(de)(de)(de)(de)薄膜(mo)材料(liao)，不僅實(shi)現(xian)了(le)科學上的(de)(de)(de)(de)突破性發現(xian)，更為我國(guo)在超(chao)導乃至(zhi)量(liang)子材料(liao)領域的(de)(de)(de)(de)長期自主發展(zhan)奠定了(le)堅實(shi)基礎。

　　薛(xue)(xue)其坤(kun)院(yuan)士(shi)作(zuo)為國家最高科(ke)(ke)(ke)學(xue)技(ji)術(shu)獎獲得(de)者(zhe)，近年(nian)來(lai)始(shi)終堅守科(ke)(ke)(ke)研(yan)(yan)一(yi)(yi)(yi)線，引領(ling)量(liang)子材料的(de)(de)前沿探索。此次發現(xian)，正(zheng)是在(zai)(zai)新型有(you)組織科(ke)(ke)(ke)研(yan)(yan)的(de)(de)模式下(xia)，經過南科(ke)(ke)(ke)大(da)、粵港澳大(da)灣區量(liang)子科(ke)(ke)(ke)學(xue)中(zhong)心、清(qing)華大(da)學(xue)三個單位，大(da)團隊異地協作(zuo)，堅持不(bu)懈科(ke)(ke)(ke)研(yan)(yan)攻堅所取(qu)得(de)的(de)(de)成果。值得(de)欣喜的(de)(de)是，實現(xian)這(zhe)一(yi)(yi)(yi)重(zhong)大(da)突破(po)的(de)(de)科(ke)(ke)(ke)研(yan)(yan)團隊高度年(nian)輕化。團隊負責人陳卓昱副教授僅(jin)35歲(sui)(sui)，他(ta)從小酷愛物(wu)(wu)(wu)理(li)(li)，以廣東省高中(zhong)物(wu)(wu)(wu)理(li)(li)競(jing)賽第一(yi)(yi)(yi)名保(bao)送清(qing)華大(da)學(xue)物(wu)(wu)(wu)理(li)(li)系，后赴美國斯坦福大(da)學(xue)深造，一(yi)(yi)(yi)直(zhi)保(bao)持對(dui)物(wu)(wu)(wu)理(li)(li)的(de)(de)熱忱(chen)。陳卓昱三年(nian)前回到家鄉深圳(zhen)，任職(zhi)南方科(ke)(ke)(ke)技(ji)大(da)學(xue)，在(zai)(zai)薛(xue)(xue)其坤(kun)院(yuan)士(shi)的(de)(de)領(ling)導(dao)下(xia)，從零開始(shi)組建超導(dao)機理(li)(li)實驗室，開展(zhan)高溫超導(dao)研(yan)(yan)究(jiu)。這(zhe)項成果正(zheng)是在(zai)(zai)他(ta)的(de)(de)直(zhi)接率領(ling)下(xia)，主要由博士(shi)后和(he)在(zai)(zai)讀研(yan)(yan)究(jiu)生(sheng)組成的(de)(de)平均年(nian)齡僅(jin)28歲(sui)(sui)的(de)(de)研(yan)(yan)究(jiu)團隊努力攻關而取(qu)得(de)的(de)(de)。

　　本次科(ke)研突(tu)破充分展示了(le)我國(guo)在高溫超(chao)導前(qian)沿領(ling)域的(de)(de)原創競爭能力(li)(li)(li)，彰(zhang)顯了(le)跨(kua)區域科(ke)技(ji)創新(xin)的(de)(de)協(xie)同能力(li)(li)(li)，體現了(le)以90后為代表(biao)的(de)(de)年輕科(ke)學家團隊在技(ji)術方法(fa)上的(de)(de)開拓(tuo)創新(xin)能力(li)(li)(li)，凸顯了(le)以粵港澳大灣區為代表(biao)的(de)(de)國(guo)產自主可(ke)控(kong)科(ke)研設備對前(qian)沿科(ke)研創新(xin)的(de)(de)支撐(cheng)能力(li)(li)(li)。

　　該研究已(yi)引發(fa)國際學(xue)術界高度關(guan)注。鎳(nie)基(ji)、銅基(ji)與鐵基(ji)三(san)類(lei)高溫超(chao)(chao)(chao)導(dao)(dao)體(ti)電子結構相異(yi)，通過三(san)者的(de)對比研究，可(ke)以深入理解(jie)高溫超(chao)(chao)(chao)導(dao)(dao)電子配對的(de)核心機制(zhi)，為破(po)解(jie)高溫超(chao)(chao)(chao)導(dao)(dao)機理這一世紀科學(xue)難題提供關(guan)鍵(jian)鑰匙。超(chao)(chao)(chao)導(dao)(dao)機理的(de)突破(po)不僅將深化人(ren)類(lei)對量(liang)子物質(zhi)行為的(de)理解(jie)，更將為能源、信(xin)息、醫(yi)療等領域(yu)的(de)顛覆性(xing)技術奠定科學(xue)基(ji)石，進一步有力推動社會生(sheng)產力的(de)提升(sheng)和科技創新發(fa)展(zhan)。

　　論文(wen)鏈接(jie)：//www.nature.com/articles/s41586-025-08755-z