中國高溫超導研究取得重大成果,在常壓下實現鎳氧化物高溫超導電性。這項研究成果,由南方科技大學校長薛其坤領銜的研究團隊取得,並發表在學術期刊《自然》(Nature)上。
繼銅基、鐵基材料之後,研究團隊在常壓環境下,實現鎳氧化物材料的高溫超導電性,超導起始轉變溫度突破40開爾文(K),相當於攝氏零下233度,觀測到「零電阻」和「抗磁性」的雙重特徵。為解決高溫超導機理的科學難題提供全新突破口。
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」。近年國內外均有相關研究對外宣布,但如何擺脫高壓限制、實現常壓高溫超導,仍然是全球科學家需要解決的難題。
由薛其坤率領的研究團隊,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」,構建出結構復雜、熱力學亞穩、但晶體質量趨於完美的氧化物薄膜。
薛其坤介紹,這是氧化物薄膜外延生長技術的一次重大跨越,不僅為包括寬禁帶半導體等各類氧化物的缺氧難題提供解決方案,還拓展了高溫超導等強關聯電子系統的人工設計與制備。
研究團隊隨後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。特別是研究團隊在極強的氧化環境下,通過界面工程,實現了「原子鉚釘術」,固定住原本需要極高壓環境下才能穩定存在的原子結構。
據介紹,研究團隊試驗了一千多片樣品,最後成功獲得了常壓下的超導電性。通過精密的電磁輸運測量,觀測到了零電阻與抗磁性,確認了高溫超導電性的存在。
中國團隊在研究中全部採用國產儀器,發展了獨特的強氧化能力薄膜生長技術,成功獲得了晶體質量更高的薄膜材料,不僅實現科學上的突破性發現,更為中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。