[深圳特区报]南科大团队牵头我国科学家创制全新常压镍基超导材料

近日，南方科技大学量子功能材料全国重点实验室和物理系、粤港澳大湾区量子科学中心、清华大学薛其坤-陈卓昱团队，与中国科学技术大学沈大伟团队等合作，在常压镍基高温超导领域再获突破：在极端氧化条件下通过人工设计原子堆叠序列，创制出单层-双层超结构和双层-三层超结构两种全新常压高温超导体；与此同时，研究团队还结合角分辨光电子能谱（ARPES），识别出了超导态对应的电子能带结构，为破解高温超导机理提供了关键实验依据。

研究团队自主研发的“强氧化原子逐层外延”（GAE）技术，营造出超强的氧化氛围，开辟出一个极端非平衡的生长区间，使薄膜在生长过程中一步完成结构构建与充分氧化。这如同在纳米世界中，一边逐层搭建“原子积木”，一边实时锁定每一层的化学状态，按照人工设计的蓝图，精确排列镧、镨、镍等原子，从而构建出从纯双层到复杂超结构等一系列晶体质量趋于完美的超导薄膜。这种在超强氧化条件下的原子级工程能力，代表了氧化物薄膜外延生长领域的技术跨越，不仅为镍基超导研究提供了独一无二的实验平台，也为破解各类氧化物材料的缺氧难题提供了全新的解决思路。

凭借这一技术，研究团队先是将去年发现的纯双层结构超导薄膜的常压超导起始温度从此前的约45K推升至63K，零电阻温度和抗磁性亦均大幅提升；又按照人工设计的原子堆叠蓝图，精确合成出单层—双层超结构、单层—三层超结构、和双层—三层超结构三种全新的镍基超结构材料，并发现单层—双层超结构和双层—三层超结构在常压下可实现高温超导，起始转变温度分别达到50K和46K，均突破了传统超导理论中的“麦克米兰极限”。从提升已知材料的超导温度，到创制自然界中不存在的全新超导体，这一步步跨越充分体现了GAE技术在超强氧化氛围下对材料进行原子级精度操控的卓越能力。

发现新的超导体只是第一步，理解超导从何而来才是核心目标。研究团队将原子级精准的结构控制与角分辨光电子能谱（ARPES）相结合，对4种不同堆叠结构的镍基氧化物薄膜进行系统的比较研究，从实验上表明了原子堆叠构型、电子能带与超导电性之间的关联，识别出了决定超导发生与否的“电子基因”，为揭示镍基高温超导的微观机制提供了明确的实验证据。

从自主研发极端条件下的薄膜生长技术，到创制自然界不存在的全新超导材料，再到利用先进谱学手段揭示超导态的电子结构起源——这一系列成果展现了一条从技术突破、材料创制到物理机理探索的完整创新链条。

量子功能材料全国重点实验室作为第一完成单位，以重大科学问题牵引联合攻关，充分体现了“有组织科研”在啃基础研究“硬骨头”时的核心驱动力。该实验室由南方科技大学牵头，联合上海科技大学共同组建，于2024年获科技部批准建设。目前实验室布局了四大优势研究方向：材料设计与计算、材料制备与调控、大科学装置与材料表征、材料功能与器件。

自实验室组建以来，已参与取得多项重大成果突破，包括2025年发表在《自然》的成果“常压下镍氧化物的高温超导电性”，2025年发表于《自然》的“自旋空间群理论与非常规磁性”研究，以及近日发表的“镍氧化物超结构的高温超导电性发现与电子结构研究”等。

（深圳特区报记者焦子宇）