繼銅基、鐵基材料之后,，常壓下高溫超導(dǎo)材料家族再添一員,。由國(guó)家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)獲得者薛其坤院士領(lǐng)銜的南方科技大學(xué)、粵港澳大灣區(qū)量子科學(xué)中心與清華大學(xué)聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì),，發(fā)現(xiàn)常壓下鎳氧化物的高溫超導(dǎo)電性，為高溫超導(dǎo)機(jī)理研究提供了新的“拼圖”,。相關(guān)科技成果日前發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》上,。
新華社記者近日專訪了薛其坤院士，聽他講述科研團(tuán)隊(duì)挺進(jìn)科學(xué)無(wú)人區(qū)的故事,。
攻克“盲人摸象”問題
自1911年科學(xué)家觀察到超導(dǎo)現(xiàn)象以來(lái)，這一領(lǐng)域一直是物理學(xué)領(lǐng)域最具挑戰(zhàn)性的研究課題之一,。高溫超導(dǎo)機(jī)理復(fù)雜如同“量子迷宮”,，科學(xué)家探索近40年仍未破解。過去涌現(xiàn)出諸多杰出科研成果,，但部分領(lǐng)域仍被專業(yè)人士認(rèn)為處于“盲人摸象”階段。
首次觀測(cè)到量子反?；魻栃?yīng),、首次發(fā)現(xiàn)異質(zhì)結(jié)界面高溫超導(dǎo)電性，在常壓環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了鎳氧化物材料的高溫超導(dǎo)電性……薛其坤用一個(gè)個(gè)重量級(jí)科學(xué)發(fā)現(xiàn),，助力中國(guó)量子科學(xué)研究躋身世界第一梯隊(duì)。
在此次研究中,，薛其坤團(tuán)隊(duì)持續(xù)攻關(guān),，自主研發(fā)了“強(qiáng)氧化原子逐層外延”技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)可以在氧化能力比傳統(tǒng)方法強(qiáng)上萬(wàn)倍的條件下,，依然實(shí)現(xiàn)原子層的逐層生長(zhǎng),，并精確控制化學(xué)配比,，如同在納米尺度上“搭原子積木”,，構(gòu)建出結(jié)構(gòu)復(fù)雜、熱力學(xué)亞穩(wěn),、但晶體質(zhì)量趨于完美的氧化物薄膜,。
除了科學(xué)發(fā)現(xiàn)，本次研究最重要的突破是搭建技術(shù)平臺(tái),?！皥F(tuán)隊(duì)發(fā)展了獨(dú)特的強(qiáng)氧化能力薄膜生長(zhǎng)技術(shù),，成功獲得了晶體質(zhì)量更高的薄膜材料,。這不僅實(shí)現(xiàn)了科學(xué)上的突破性發(fā)現(xiàn),，也為我國(guó)在超導(dǎo)乃至量子材料領(lǐng)域的長(zhǎng)期自主發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，希望攻克在這個(gè)領(lǐng)域研究中盲人摸象的問題,，從更高,、更全面的站位開展探索?！毖ζ淅ふf,。
全球率先公布鎳基材料超導(dǎo)完整實(shí)驗(yàn)證據(jù)
鎳基超導(dǎo)研究是當(dāng)前國(guó)際科學(xué)界的前沿?zé)狳c(diǎn),，全球競(jìng)爭(zhēng)異常激烈,。美國(guó)斯坦福大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)與合作者幾乎同時(shí)也報(bào)告了類似材料體系中的常壓超導(dǎo)電性。
斯坦福團(tuán)隊(duì)于2024年12月19日在《自然》線上發(fā)表論文,，報(bào)道了超導(dǎo)電性的跡象,；南科大團(tuán)隊(duì)2024年11月16日向《自然》雜志投稿，2024年12月21日在預(yù)印本網(wǎng)站arXiv提交研究成果,，并率先公布了鎳基材料超導(dǎo)完整實(shí)驗(yàn)證據(jù)，引發(fā)學(xué)術(shù)界巨大反響,。
在并跑同步撞線過程中,，斯坦福大學(xué)團(tuán)隊(duì)采用的是脈沖激光沉積技術(shù)，南方科技大學(xué)團(tuán)隊(duì)采用的是強(qiáng)氧化原子逐層外延技術(shù),。中美團(tuán)隊(duì)研究路徑獨(dú)立,，實(shí)驗(yàn)相互印證,。
中國(guó)科學(xué)院院士,、浙江大學(xué)物理學(xué)院院長(zhǎng)林海青認(rèn)為，中國(guó)科學(xué)家此次在常壓下獲得的第三類高溫超導(dǎo)材料具有非常重大的創(chuàng)新意義,，是高溫超導(dǎo)領(lǐng)域的一個(gè)重要突破,。
相較于其他團(tuán)隊(duì)采用的傳統(tǒng)技術(shù)路徑，南科大團(tuán)隊(duì)選擇的強(qiáng)氧化原子逐層外延技術(shù)路徑也體現(xiàn)了中國(guó)科研實(shí)力,。這種技術(shù)特點(diǎn)是氧化反應(yīng)強(qiáng)烈，但可實(shí)現(xiàn)鎳氧化物精準(zhǔn)可控,。
研究團(tuán)隊(duì)研制出一種在極強(qiáng)的氧化環(huán)境下能實(shí)現(xiàn)在納米尺度上“搭原子積木”的技術(shù),，制備出這種常壓下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)的鎳氧化物薄膜。如同火山噴薄而出,，科學(xué)家要在火山口上“繡花”,。“在氧化能力比傳統(tǒng)方法強(qiáng)上萬(wàn)倍的條件下,，依然實(shí)現(xiàn)原子層的逐層生長(zhǎng)，并精確控制化學(xué)配比,，構(gòu)建出結(jié)構(gòu)復(fù)雜,、熱力學(xué)亞穩(wěn)、但晶體質(zhì)量趨于完美的氧化物薄膜,，實(shí)現(xiàn)氧化物薄膜外延生長(zhǎng)技術(shù)的一次重大跨越,。”薛其坤說,。
擴(kuò)容常壓高溫超導(dǎo)“俱樂部”
高溫超導(dǎo)材料家族有三個(gè)主要成員：銅基,、鐵基和鎳基。本次研究突破,，正式讓鎳基材料進(jìn)入常壓下突破40K“麥克米蘭極限”的高溫超導(dǎo)材料“俱樂部”,，為解決高溫超導(dǎo)機(jī)理的科學(xué)難題提供了全新突破口，為高溫超導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用開拓了想象空間,。
在本次科學(xué)研究突破中，人才是關(guān)鍵,。此次發(fā)現(xiàn),，正是在新型有組織科研的模式下，經(jīng)過南科大,、粵港澳大灣區(qū)量子科學(xué)中心,、清華大學(xué)三個(gè)單位，大團(tuán)隊(duì)異地協(xié)作,，堅(jiān)持不懈科研攻堅(jiān)所取得的成果,。
實(shí)現(xiàn)這一重大突破的科研團(tuán)隊(duì)高度年輕化。團(tuán)隊(duì)平均年齡28歲,，負(fù)責(zé)人陳卓昱副教授年僅35歲,。
薛其坤表示：“很多重大的科技突破都是在年輕人身上發(fā)現(xiàn)，他們有一個(gè)共性,，就是瞄準(zhǔn)了一件事情,，能夠堅(jiān)持不懈地去探索去努力，從實(shí)驗(yàn)室慢慢研發(fā)到實(shí)現(xiàn)突破,，我覺得這對(duì)整個(gè)社會(huì)、對(duì)整個(gè)科技界,、對(duì)年輕人一代,，都是有很大啟示作用的?！?/p>
展望未來(lái),，薛其坤充滿信心，“中國(guó)必將在全球新一輪信息技術(shù)革命中貢獻(xiàn)重要力量,?！?/p>
編輯：李華山
