繼銅基、鐵基材料之后，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(dǎo)材料體系。這一重磅成果由南方科技大學(xué)校長薛其坤院士領(lǐng)銜的南方科技大學(xué)、粵港澳大灣區(qū)量子科學(xué)中心與清華大學(xué)聯(lián)合研究團隊最新發(fā)表在頂級學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）上。

上述聯(lián)合研究團隊在常壓環(huán)境下實現(xiàn)了鎳氧化物材料的高溫超導(dǎo)電性，超導(dǎo)起始轉(zhuǎn)變溫度突破40開爾文（K），相當(dāng)于零下233攝氏度，觀測到“零電阻”和“抗磁性”的雙重特征。該成果為解決高溫超導(dǎo)機理的科學(xué)難題提供了全新突破口。

超導(dǎo)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(rèn)為具有顛覆性的技術(shù)前景。超導(dǎo)現(xiàn)象自1911年被發(fā)現(xiàn)以來，尋找更高溫度的超導(dǎo)材料成為國際科學(xué)界的一個重要研究方向。

近年來，鎳基超導(dǎo)材料“異軍突起”。近年來國內(nèi)外均有相關(guān)研究對外宣布，然而，如何擺脫高壓限制、實現(xiàn)常壓高溫超導(dǎo)，仍然是全球科學(xué)家需要解決的難題。

據(jù)南方科技大學(xué)介紹，三年來，由薛其坤院士與陳卓昱副教授率領(lǐng)的研究團隊持續(xù)攻關(guān)，自主研發(fā)了“強氧化原子逐層外延”技術(shù)。這項技術(shù)可以在氧化能力比傳統(tǒng)方法強上萬倍的條件下，依然實現(xiàn)原子層的逐層生長，并精確控制化學(xué)配比，如同在納米尺度上“搭原子積木”，構(gòu)建出結(jié)構(gòu)復(fù)雜、熱力學(xué)亞穩(wěn)、但晶體質(zhì)量趨于完美的氧化物薄膜。

薛其坤院士介紹，這是氧化物薄膜外延生長技術(shù)的一次重大跨越，不僅為包括寬禁帶半導(dǎo)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(dǎo)等強關(guān)聯(lián)電子系統(tǒng)的人工設(shè)計與制備。

研究團隊隨后將這項技術(shù)應(yīng)用于鎳基超導(dǎo)材料的開發(fā)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(gòu)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(xiàn)了“原子鉚釘術(shù)”，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(jié)構(gòu)。

據(jù)介紹，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(dǎo)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(rèn)了高溫超導(dǎo)電性的存在。

薛其坤與課題組成員在實驗室。

值得一提的是，鎳基超導(dǎo)研究是當(dāng)前國際科學(xué)界的前沿?zé)狳c，全球競爭異常激烈。美國斯坦福大學(xué)等團隊幾乎同時也報告了類似材料體系中的常壓超導(dǎo)電性。

不過，中國團隊在該項研究中全部采用國產(chǎn)儀器，發(fā)展了獨特的強氧化能力薄膜生長技術(shù)，成功獲得了晶體質(zhì)量更高的薄膜材料，不僅實現(xiàn)了科學(xué)上的突破性發(fā)現(xiàn)，更為我國在超導(dǎo)乃至量子材料領(lǐng)域的長期自主發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-025-08755-z