新华社记者 白瑜
继铜基、铁基材料之后，常压下高温超导材料家族再添一员。由国家最高科学技术奖获得者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，发现常压下镍氧化物的高温超导电性，为高温超导机理研究提供了新的“拼图”。相关科技成果日前发表在国际学术期刊《自然》上。
新华社记者近日专访了薛其坤院士，听他讲述科研团队挺进科学无人区的故事。
攻克“盲人摸象”问题
自1911年科学家观察到超导现象以来，这一领域一直是物理学领域最具挑战性的研究课题之一。高温超导机理复杂如同“量子迷宫”，科学家探索近40年仍未破解。过去涌现出诸多杰出科研成果，但部分领域仍被专业人士认为处于“盲人摸象”阶段。
首次观测到量子反常霍尔效应、首次发现异质结界面高温超导电性，在常压环境下实现了镍氧化物材料的高温超导电性……薛其坤用一个个重量级科学发现，助力中国量子科学研究跻身世界第一梯队。
在此次研究中，薛其坤团队持续攻关，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、但晶体质量趋于完美的氧化物薄膜。
除了科学发现，本次研究最重要的突破是搭建技术平台。“团队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。这不仅实现了科学上的突破性发现，也为我国在超导乃至量子材料领域的长期自主发展奠定坚实基础，希望攻克在这个领域研究中盲人摸象的问题，从更高、更全面的站位开展探索。”薛其坤说。
全球率先公布镍基材料超导完整实验证据
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。美国斯坦福大学的研究团队与合作者几乎同时也报告了类似材料体系中的常压超导电性。
斯坦福团队于2024年12月19日在《自然》线上发表论文，报道了超导电性的迹象；南科大团队2024年11月16日向《自然》杂志投稿，2024年12月21日在预印本网站arXiv提交研究成果，并率先公布了镍基材料超导完整实验证据，引发学术界巨大反响。
在并跑同步撞线过程中，斯坦福大学团队采用的是脉冲激光沉积技术，南方科技大学团队采用的是强氧化原子逐层外延技术。中美团队研究路径独立，实验相互印证。
中国科学院院士、浙江大学物理学院院长林海青认为，中国科学家此次在常压下获得的第三类高温超导材料具有非常重大的创新意义，是高温超导领域的一个重要突破。
相较于其他团队采用的传统技术路径，南科大团队选择的强氧化原子逐层外延技术路径也体现了中国科研实力。这种技术特点是氧化反应强烈，但可实现镍氧化物精准可控。
研究团队研制出一种在极强的氧化环境下能实现在纳米尺度上“搭原子积木”的技术，制备出这种常压下实现超导的镍氧化物薄膜。如同火山喷薄而出，科学家要在火山口上“绣花”。“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，构建出结构复杂、热力学亚稳、但晶体质量趋于完美的氧化物薄膜，实现氧化物薄膜外延生长技术的一次重大跨越。”薛其坤说。
扩容常压高温超导“俱乐部”
高温超导材料家族有三个主要成员：铜基、铁基和镍基。本次研究突破，正式让镍基材料进入常压下突破40K“麦克米兰极限”的高温超导材料“俱乐部”，为解决高温超导机理的科学难题提供了全新突破口，为高温超导技术应用开拓了想象空间。
在本次科学研究突破中，人才是关键。此次发现，正是在新型有组织科研的模式下，经过南科大、粤港澳大湾区量子科学中心、清华大学三个单位，大团队异地协作，坚持不懈科研攻坚所取得的成果。
实现这一重大突破的科研团队高度年轻化。团队平均年龄28岁，负责人陈卓昱副教授年仅35岁。
薛其坤表示：“很多重大的科技突破都是在年轻人身上发现，他们有一个共性，就是瞄准了一件事情，能够坚持不懈地去探索去努力，从实验室慢慢研发到实现突破，我觉得这对整个社会、对整个科技界、对年轻人一代，都是有很大启示作用的。”
展望未来，薛其坤充满信心，“中国必将在全球新一轮信息技术革命中贡献重要力量。”
