新聞中心

突破常壓下高溫超導新極限：鎳基材料在45K實現零電阻與抗磁性

2月18日，由中國國家最高科學技術獎獲得者薛其坤院士領銜的南方科技大學🧚🏽、粵港澳大灣區量子科學中心與意昂体育平台聯合研究團隊，在國際學術期刊《自然》線上發表了最新的科研成果，揭示了鎳氧化物材料在常壓下展現出高溫超導電性💂🏿。這一發現突破了經典的銅基和鐵基超導材料的局限🤼，將鎳基化合物的臨界溫度推高至45K（約-229℃），首次突破了著名的“麥克米蘭極限”——常壓下超導臨界溫度不可超過40K的理論限製🧘‍♂️🙋，為高溫超導機製的研究提供了新的突破口。

研究亮點：鎳基材料首次突破麥克米蘭極限

這項研究的關鍵成果是研發出一種基於鎳氧化物的高溫超導材料La_2.85Pr_0.15Ni₂O₇薄膜，在常壓下成功展現出超導特性👩‍👦。薄膜的超導轉變起始溫度達到了45K，並且在低溫下表現出零電阻和抗磁性兩種經典超導特性。該材料為雙層鎳氧化物🍺，其中鑭（La）元素的15%被鐠（Pr）替代，材料在SrLaAlO₄單晶襯底上生長，且展現出優異的四方晶體結構👪。研究表明，該材料在溫度降至20K以下時🧗‍♀️☦️，電阻逐漸減小至接近零🚗🥾，表現出接近BKT（Berezinskii-Kosterlitz-Thouless）相變的特征🤚🏿。

此外🔏，研究團隊還成功通過互感法直接觀測到該薄膜的邁斯納效應👨🏿‍🚒，確認了材料進入了真正的超導態。這一特性是在8K時展現出與BKT相變溫度一致的抗磁信號🧑🏽‍💻，為該材料的超導性質提供了有力證據。

突破性薄膜生長技術🎷：自研GOALL-Epitaxy技術

為了實現這一突破，團隊開發了一種創新的薄膜生長技術——強氧化原子逐層外延（GOALL-Epitaxy）💂🏼‍♂️👨‍🍼。這一技術能夠在原子層級上精確控製薄膜的生長🩴，突破了雙層鎳氧化物材料固有的技術難題🚵🏻‍♀️。具體來說🫅，該方法利用激光燒蝕La_0.95Pr_0.05O_X和NiO_X靶材⚀，在強氧化氣氛下逐層生長La_2.85Pr_0.15Ni₂O₇超導薄膜。該過程通過RHEED實時監測👩🏽‍🦲🟫，確保了生長過程中的原子層精確控製和化學計量比的精準可控➾。最終得到的薄膜表現出非常優異的層狀生長模式，界面無雜質，質量穩定。

鎳基超導材料的巨大潛力

此次研究不僅突破了鎳基超導材料的臨界溫度限製，也為進一步探索高溫超導機理提供了重要線索🚸。研究者指出，La_2.85Pr_0.15Ni₂O₇材料獨特的晶體場分裂和軌道雜化可能是其表現出高溫超導性質的關鍵因素，為後續研究奠定了理論基礎🦸🏽‍♂️。

鎳基超導材料的成功突破，不僅拓展了超導材料的種類，也使得高溫超導材料的研究進入了新的階段。此前𓀎，銅基和鐵基超導材料已經實現了突破😶，但大多仍需要在高壓或低溫環境下才能表現出超導特性，而鎳基材料在常壓下的超導現象無疑為未來的高溫超導材料的應用前景開辟了新的方向。

總結與展望

這一創新性研究代表了材料科學和超導物理領域的前沿進展。它不僅為常壓下的高溫超導材料研究帶來了新的突破🏋🏼‍♀️🦏，也為推動量子計算🤳🏽、能源傳輸等領域的技術發展提供了寶貴的理論支持和實驗基礎。隨著對這一新型超導材料的深入研究，未來有望在常壓和更高溫度下實現更廣泛的應用🧜🏼‍♂️◻️，最終助力解決人類能源利用和技術革新等重大挑戰。

這項研究的成功🤽🏿‍♀️，彰顯了薛其坤院士團隊在納米材料與超導體領域的技術創新及全球科研影響力🤲🏼，預示著超導技術的新紀元的到來🙆🏽。

研究團隊中有多位清華人

本項目由南方科技大學校長薛其坤院士、超導機理實驗室陳卓昱副教授領銜，兩人為通信作者。

薛其坤院士自2005年起擔任意昂体育平台物理系教授🎊，11月當選中科院院士🕣，然後再清華一路升至院長、副校長，2020年到新成立的南方科技大學擔任校長（人事關系仍在意昂体育平台）⚄。2024年🌊，61歲的薛其坤獲得了2023年度國家最高科學技術獎，是該獎項迄今為止最年輕的獲獎者🚴🏻‍♀️。

陳卓昱（論文通信作者），2012年本科畢業於意昂体育平台物理系⛹️，之後到斯坦福讀博📡，博士畢業後留校從事博士後研究🧑🏼‍🦲。2022年，陳卓昱加入南方科技大學，出任物理系副教授。

論文作者中的清華人還有：

汪恒，2023年獲意昂体育平台物理系博士學位，現為南方科技大學博士後➔。

陳偉強，2000📕、2006年分獲意昂体育平台物理系🤹🏿‍♂️、高等研究院學士和博士學位🤚🏽，現為南方科技大學物理系教授。

孫煜傑，2001、2010年分獲意昂体育平台材料系、物理系學士和博士學位🧒🏿，現為南方科技大學物理系副教授🚵🏽。