北京時(shí)間2月18日，由南方科技大學(xué)、粵港澳大灣區(qū)量子科學(xué)中心與清華大學(xué)聯(lián)合組成的研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際頂級(jí)學(xué)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(dǎo)電性，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。
該研究團(tuán)隊(duì)由國(guó)家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)獲得者、中國(guó)科學(xué)院院士、南方科技大學(xué)校長(zhǎng)薛其坤領(lǐng)銜，團(tuán)隊(duì)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(dǎo)好比電力高速公路上的「零能耗跑車」，電流通過時(shí)完全沒有損耗，被廣泛認(rèn)為具有顛覆性的技術(shù)前景。超導(dǎo)現(xiàn)象自1911年被發(fā)現(xiàn)以來，尋找更高溫度的超導(dǎo)材料成為國(guó)際科學(xué)界的一個(gè)重要研究方向。2019年，美國(guó)科學(xué)家首次在鎳基薄膜中觀測(cè)到超導(dǎo)電性，但其超導(dǎo)溫度較低。2023年，我國(guó)科學(xué)家在超過十萬(wàn)個(gè)大氣壓的高壓環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)了鎳基材料的液氮溫區(qū)超導(dǎo)，在國(guó)際上引起廣泛影響。然而，如何擺脫高壓限制、實(shí)現(xiàn)常壓高溫超導(dǎo)，成為全球科學(xué)家競(jìng)相追逐的目標(biāo)。
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(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)，並精確控制化學(xué)配比，如同在納米尺度上「搭原子積木」，構(gòu)建出結(jié)構(gòu)複雜、熱力學(xué)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(zhǎng)技術(shù)的一次重大跨越，不僅為包括寬禁帶半導(dǎo)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(dǎo)等強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子系統(tǒng)的人工設(shè)計(jì)與製備。
該成果在常壓環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了鎳氧化物材料的高溫超導(dǎo)電性，超導(dǎo)起始轉(zhuǎn)變溫度突破40開爾文（K），相當(dāng)於零下233攝氏度，觀測(cè)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(dǎo)材料體系，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。
跨區(qū)域科創(chuàng)協(xié)同 全部採(cǎi)用國(guó)產(chǎn)儀器
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。中美團(tuán)隊(duì)研究路徑獨(dú)立，實(shí)驗(yàn)相互印證。
據(jù)介紹，中國(guó)團(tuán)隊(duì)全部採(cǎi)用國(guó)產(chǎn)儀器，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，不僅實(shí)現(xiàn)了科學(xué)上的突破性發(fā)現(xiàn)，更為我國(guó)在超導(dǎo)乃至量子材料領(lǐng)域的長(zhǎng)期自主發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)在攻關(guān)過程中，深度聯(lián)動(dòng)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(jí)」的新型校企協(xié)同研發(fā)範(fàn)式。針對(duì)超高真空、超強(qiáng)氧化環(huán)境、原子級(jí)沉積精度、高度自動(dòng)化等等嚴(yán)苛的要求，科研團(tuán)隊(duì)組織多家國(guó)產(chǎn)設(shè)備製造企業(yè)，迅速組建由材料科學(xué)家、精密機(jī)械工程師和自動(dòng)化控制專家組成的聯(lián)合技術(shù)組，在技術(shù)驗(yàn)證和科研應(yīng)用的過程中反覆迭代，最終打造出全球首臺(tái)兼具超強(qiáng)氧化氛圍與原子級(jí)沉積精度的薄膜外延設(shè)備，實(shí)現(xiàn)較國(guó)際同類設(shè)備提升上萬(wàn)倍的氧化效能。
「我們堅(jiān)持以技術(shù)進(jìn)步推動(dòng)科學(xué)突破，不斷在技術(shù)上進(jìn)行改進(jìn)，以科學(xué)目標(biāo)為導(dǎo)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(qiáng)大的工程師團(tuán)體，對(duì)該科研突破有非常重要的意義。
「這個(gè)發(fā)現(xiàn)實(shí)際上是個(gè)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(shí)驗(yàn)，去深入研究鎳基超導(dǎo)體的機(jī)理是什麼?！?陳卓昱說。
研究團(tuán)隊(duì)平均年齡僅28歲
值得一提的是，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)負(fù)責(zé)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(jìng)賽第一名保送清華大學(xué)物理系，後赴美國(guó)斯坦福大學(xué)深造，一直保持對(duì)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(xué)，在薛其坤院士的領(lǐng)導(dǎo)下，從零開始組建超導(dǎo)機(jī)理實(shí)驗(yàn)室，開展高溫超導(dǎo)研究。這項(xiàng)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(tuán)隊(duì)努力攻關(guān)而取得的。
陳卓昱用三個(gè)「幸運(yùn)」感嘆學(xué)校、團(tuán)隊(duì)和家庭的支持，「選擇做重要的科學(xué)問題需要一定的勇氣，我很吃驚能在這麼短的時(shí)間內(nèi)聚集起這麼優(yōu)秀的團(tuán)隊(duì)，高效合作產(chǎn)出科研成果?！?/p>
薛其坤表示，最近不管是DeepSeek還是動(dòng)畫電影《哪吒之魔童鬧?！?，可見中國(guó)在高新技術(shù)發(fā)展上的實(shí)力。「深圳是高新技術(shù)企業(yè)雲(yún)集的創(chuàng)新型國(guó)際化城市，近年來，深圳在科學(xué)基礎(chǔ)研究、科學(xué)探索方面有了新的增長(zhǎng)點(diǎn)?！寡ζ淅け硎?，南方科技大學(xué)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(guó)特色社會(huì)主義先行示範(fàn)區(qū)強(qiáng)大的後勁。學(xué)校也非常注重學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)，這對(duì)科研產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化非常重要。（記者 林麗青）
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