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我科学家实现镍氧化物常压高温超导

来源:光明网  |  发布时间:2025-02-19 16:40  |  阅读量:8078  |   
由南方科技大学、粤港澳大湾区量子科学中心与清华大学联合组成的研究团队于2月18日在国际学术期刊《自然》线上发表研究成果,在常压环境下实现了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),相当于零下233摄氏度,观测到零电阻...

由南方科技大学、粤港澳大湾区量子科学中心与清华大学联合组成的研究团队于2月18日在国际学术期刊《自然》线上发表研究成果,在常压环境下实现了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),相当于零下233摄氏度,观测到零电阻和抗磁性的双重特征。这一发现使镍基材料成为继铜基、铁基之后,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,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。传统超导体的超导最高转变温度为40K,也就是‘麦克米兰极限’。”团队负责人陈卓昱表示,此前,铜基和铁基两类材料的超导转变温度突破了“麦克米兰极限”,被称为高温超导体,但高温超导机理复杂,如何摆脱高压限制、实现常压高温超导,近年来成为全球科学家竞相追逐的目标。

针对这一挑战,3年来,由薛其坤院士与陈卓昱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。“我们将这项技术应用于镍基超导材料的开发之中: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。在极强的氧化环境下,通过界面工程,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。”陈卓昱说,我们试验了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。此次突破也表明,通过界面工程优化材料设计,有望在更高的温度,例如液氮温区实现镍基超导。

研究中,团队全部采用国产仪器,发展了独特的强氧化能力薄膜生长技术,成功获得了晶体质量更高的薄膜材料,不仅实现了科学上的突破性发现,更为我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。

该研究已引发国际学术界高度关注。镍基、铜基与铁基三类高温超导体电子结构相异,通过三者的对比研究,可以深入理解高温超导电子配对的核心机制,为破解高温超导机理这一世纪科学难题提供关键钥匙。超导机理的突破不仅将深化人类对量子物质行为的理解,更将为能源、信息、医疗等领域的颠覆性技术奠定科学基石,有力推动社会生产力的提升和科技创新发展。

《光明日报》

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