中国高温超导新突破：镍基材料突破麦克米兰极限

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南方科技大学校长薛其坤（右）领衔的南方科技大学、粤港澳大湾区量子科学中心与清华大学联合研究团队。（澎湃新闻）

继铜基、铁基材料之后，镍基材料成为了第三类在常压下突破40K「麦克米兰极限」的高温超导材料体系。这一重磅成果由南方科技大学校长薛其坤院士领衔的南方科技大学、粤港澳大湾区量子科学中心与清华大学联合研究团队最新发表在顶级学术期刊《自然》（Nature）上。

澎湃新闻报导，上述联合研究团队在常压环境下实现镍氧化物材料的高温超导电性，超导起始转变温度突破40开尔文（K），相当于摄氏零下233度，观测到零电阻和抗磁性的双重特征。该成果为解决高温超导机理的科学难题提供了全新突破口。

超导好比电力高速公路上的「零能耗跑车」，电流通过时完全没有损耗，被广泛认为具有颠覆性的技术前景。超导现象自1911年被发现以来，寻找更高温度的超导材料成为国际科学界的一个重要研究方向。

近年来，镍基超导材料「异军突起」。近年来国内外均有相关研究对外宣布，然而，如何摆脱高压限制、实现常压高温超导，仍然是全球科学家需要解决的难题。

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南方科技大学表示，三年来，由薛其坤院士与陈卓昱副教授率领的研究团队持续攻关，自主研发了「强氧化原子逐层外延」技术。这项技术可以在氧化能力比传统方法强上万倍的条件下，依然实现原子层的逐层生长，并精确控制化学配比，如同在纳米尺度上「搭原子积木」，构建出结构复杂、热力学亚稳、但晶体品质趋于完美的氧化物薄膜。

薛其坤院士说，这是氧化物薄膜外延生长技术的一次重大跨越，不仅为包括宽禁带半导体等各类氧化物的缺氧难题提供了解决方案，还拓展了高温超导等强关联电子系统的人工设计与制备。

研究团队随后将这项技术应用于镍基超导材料的开发之中。具体来说，就是在原子级平滑的基片之上，精确排列镍、氧等原子，构建出厚度仅几纳米的超薄膜。特别是，研究团队在极强的氧化环境下，通过接口工程，实现了「原子铆钉术」，固定住了原本需要极高压环境下才能稳定存在的原子结构。

据介绍，研究团队试验了1000多片样品，最后成功地获得了常压下的超导电性。通过精密的电磁输运测量，观测到了零电阻与抗磁性，确认了高温超导电性的存在。

镍基超导研究是当前国际科学界的前沿热点，全球竞争异常激烈。史丹福大学等团队几乎同时也报告了类似材料体系中的常压超导电性。

不过，中国团队在该项研究中全部采用国产仪器，发展了独特的强氧化能力薄膜生长技术，成功获得晶体品质更高的薄膜材料，不仅实现了科学上的突破性发现，更为中国在超导乃至量子材料领域的长期自主发展奠定了坚实基础。