圖：薛其坤與研發團隊在實驗室進行高溫超導研究。 受訪者供圖
日前，由中國科學院院士薛其坤領銜的南方科技大學、粵港澳大灣區量子科學中心與清華大學聯合組成的研究團隊，在高溫超導領域取得重大突破，在常壓環境下實現了鎳氧化物材料的高溫超導電性，這一發現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。
研究成果於北京時間2月18日在國際頂級學術期刊《自然》線上發表。值得一提的是，研究團隊全部採用國產儀器，自主研發了獨特的強氧化能力薄膜生長技術，成功獲得晶體質量更高的薄膜材料，不僅實現了科學上的突破性發現，更為我國在超導乃至量子材料領域的長期自主發展奠定了堅實基礎。
團隊平均年齡28歲 負責人僅35歲
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前景。超導現象自1911年被發現以來，尋找在常壓下突破40K「麥克米蘭極限」的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。
近年來，鎳基超導材料「異軍突起」。2023年，我國科學家在超過十萬個大氣壓的高壓環境下，實現了鎳基材料的液氮溫區超導，在國際上產生廣泛影響。然而，如何擺脫高壓限制、實現常壓高溫超導，成為全球科學家競相追逐的目標。
為中國量子材料自主發展奠基礎
針對這一挑戰，三年來，由薛其坤與南方科技大學陳卓昱率領的研究團隊持續攻關，自主研發了「強氧化原子逐層外延」技術。這項技術可以在氧化能力比傳統方法強上萬倍的條件下，依然實現原子層的逐層生長，並精確控制化學配比，如同在納米尺度上「搭原子積木」，構建出結構複雜、熱力學亞穩、但晶體質量趨於完美的氧化物薄膜。研究團隊將這項技術應用於鎳基超導材料的開發之中：在原子級平滑的基片之上，精確排列鎳、氧等原子，構建出厚度僅幾納米的超薄膜，試驗了一千多片樣品，最後成功獲得了常壓下的超導電性，確認了高溫超導電性的存在。
陳卓昱表示，研究成果構建了自主技術優勢，為我國在超導乃至量子材料領域的長期自主發展奠定基礎。可以說，在此領域的國際科技競爭中形成了獨特技術優勢。目前，該研究已引發國際學術界高度關注。鎳基、銅基與鐵基三類高溫超導體電子結構相異，通過三者的對比研究，可以深入理解高溫超導電子配對的核心機制，為破解高溫超導機理這一世紀科學難題提供關鍵鑰匙。超導機理的突破不僅將深化人類對量子物質行為的理解，更將為能源、信息、醫療等領域的顛覆性技術奠定科學基石，進一步有力推動社會生產力的提升和科技創新發展。
團隊負責人陳卓昱3年前回深發展
據悉，相關研究由南科大、粵港澳大灣區量子科學中心、清華大學三個單位的團隊異地協作，實現這一重大突破的科研團隊高度年輕化，主要由博士後和在讀研究生組成，平均年齡僅28歲。其中，團隊負責人陳卓昱年僅35歲，他於三年前回到家鄉深圳，任職南方科技大學，在薛其坤的領導下，從零開始組建超導機理實驗室，開展高溫超導研究。薛其坤表示，南方科技大學在年輕優秀人才培養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強大的後勁。學校也非常注重學生創新創業能力的培養，這對科研產業轉化非常重要。
