北京時間2月18日，由南方科技大學、粵港澳大灣區(qū)量子科學中心與清華大學聯(lián)合組成的研究團隊在國際頂級學術(shù)期刊《自然》線上發(fā)表研究成果，發(fā)現(xiàn)常壓下鎳氧化物的高溫超導電性，為解決高溫超導機理的科學難題提供了全新突破口。
該研究團隊由國家最高科學技術(shù)獎獲得者、中國科學院院士、南方科技大學校長薛其坤領(lǐng)銜，團隊平均年齡僅28歲。
自主研發(fā) 在納米尺度上「搭原子積木」
超導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，被廣泛認為具有顛覆性的技術(shù)前景。超導現(xiàn)象自1911年被發(fā)現(xiàn)以來，尋找更高溫度的超導材料成為國際科學界的一個重要研究方向。2019年，美國科學家首次在鎳基薄膜中觀測到超導電性，但其超導溫度較低。2023年，我國科學家在超過十萬個大氣壓的高壓環(huán)境下，實現(xiàn)了鎳基材料的液氮溫區(qū)超導，在國際上引起廣泛影響。然而，如何擺脫高壓限制、實現(xiàn)常壓高溫超導，成為全球科學家競相追逐的目標。
三年來，由薛其坤院士與南科大物理系副教授陳卓昱率領(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，並精確控制化學配比，如同在納米尺度上「搭原子積木」，構(gòu)建出結(jié)構(gòu)複雜、熱力學亞穩(wěn)、但晶體質(zhì)量趨於完美的氧化物薄膜，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體等各類氧化物的缺氧難題提供了解決方案，還極大地拓展了高溫超導等強關(guān)聯(lián)電子系統(tǒng)的人工設(shè)計與製備。
該成果在常壓環(huán)境下實現(xiàn)了鎳氧化物材料的高溫超導電性，超導起始轉(zhuǎn)變溫度突破40開爾文（K），相當於零下233攝氏度，觀測到「零電阻」和「抗磁性」的雙重特徵。這一發(fā)現(xiàn)使鎳基材料成為繼銅基、鐵基之後，第三類在常壓下突破40K「麥克米蘭極限」的高溫超導材料體系，為解決高溫超導機理的科學難題提供了全新突破口。
跨區(qū)域科創(chuàng)協(xié)同 全部採用國產(chǎn)儀器
鎳基超導研究是當前國際科學界的前沿熱點，全球競爭異常激烈。美國斯坦福大學的研究團隊與合作者幾乎同時也報告了類似材料體系中的常壓超導電性。中美團隊研究路徑獨立，實驗相互印證。
據(jù)介紹，中國團隊全部採用國產(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)了科學上的突破性發(fā)現(xiàn)，更為我國在超導乃至量子材料領(lǐng)域的長期自主發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。
中國科研團隊在攻關(guān)過程中，深度聯(lián)動本地高端裝備製造企業(yè)，持續(xù)探索並不斷優(yōu)化「科研牽引—聯(lián)合開發(fā)—迭代升級」的新型校企協(xié)同研發(fā)範式。針對超高真空、超強氧化環(huán)境、原子級沉積精度、高度自動化等等嚴苛的要求，科研團隊組織多家國產(chǎn)設(shè)備製造企業(yè)，迅速組建由材料科學家、精密機械工程師和自動化控制專家組成的聯(lián)合技術(shù)組，在技術(shù)驗證和科研應(yīng)用的過程中反覆迭代，最終打造出全球首臺兼具超強氧化氛圍與原子級沉積精度的薄膜外延設(shè)備，實現(xiàn)較國際同類設(shè)備提升上萬倍的氧化效能。
「我們堅持以技術(shù)進步推動科學突破，不斷在技術(shù)上進行改進，以科學目標為導向去努力?！龟愖筷盘寡裕鬄硡^(qū)的產(chǎn)業(yè)生態(tài)和配套，強大的工程師團體，對該科研突破有非常重要的意義。
「這個發(fā)現(xiàn)實際上是個開始，很多原來無法做的研究現(xiàn)在立刻就可以做，接下來可以開展大量的實驗，去深入研究鎳基超導體的機理是什麼?！?陳卓昱說。
研究團隊平均年齡僅28歲
值得一提的是，實現(xiàn)這一重大突破的科研團隊高度年輕化。團隊負責人陳卓昱副教授僅35歲，他從小酷愛物理，以廣東省高中物理競賽第一名保送清華大學物理系，後赴美國斯坦福大學深造，一直保持對物理的熱枕。
三年前，陳卓昱回到家鄉(xiāng)深圳，任職南方科技大學，在薛其坤院士的領(lǐng)導下，從零開始組建超導機理實驗室，開展高溫超導研究。這項成果正是在他的直接率領(lǐng)下，主要由博士後和在讀研究生組成的平均年齡僅28歲的研究團隊努力攻關(guān)而取得的。
陳卓昱用三個「幸運」感嘆學校、團隊和家庭的支持，「選擇做重要的科學問題需要一定的勇氣，我很吃驚能在這麼短的時間內(nèi)聚集起這麼優(yōu)秀的團隊，高效合作產(chǎn)出科研成果。」
薛其坤表示，最近不管是DeepSeek還是動畫電影《哪吒之魔童鬧?！?，可見中國在高新技術(shù)發(fā)展上的實力。「深圳是高新技術(shù)企業(yè)雲(yún)集的創(chuàng)新型國際化城市，近年來，深圳在科學基礎(chǔ)研究、科學探索方面有了新的增長點。」薛其坤表示，南方科技大學在年輕優(yōu)秀人才培養(yǎng)和科研探索方面大有作為，顯示了中國特色社會主義先行示範區(qū)強大的後勁。學校也非常注重學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)，這對科研產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化非常重要。（記者 林麗青）
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