安徽
4月8日，國際頂級期刊《自然》刊發我國超導領域重大成果，南方科技大學量子功能材料全國重點實驗室、物理系聯合粵港澳大灣區量子科學中心、清華大學薛其坤—陳卓昱團隊，與中國科學技術大學沈大偉團隊等合作，通過人工設計原子堆疊序列，成功創制“單層—雙層”與“雙層—三層”兩種新型常壓鎳基氧化物超導材料，標志著我國在高溫超導材料研發領域取得關鍵進展。
高溫超導是凝聚態物理核心前沿，鎳基材料被視為繼銅基、鐵基之后揭示高溫超導機理的第三類關鍵體系。然而，鎳基超導合成需實現高度氧化狀態，這與晶格穩定生長存在熱力學沖突，長期制約其研發突破。本次研究精準破解這一核心矛盾，為鎳基超導材料的可控合成開辟了全新路徑。
研究團隊自主研發“強氧化原子逐層外延”技術，開辟極端非平衡生長區間，實現薄膜生長中結構構建與充分氧化“一步完成”。這項技術如同納米尺度的“原子積木搭建”，可按人工設計藍圖精確排列鑭、鐠、鎳等原子，構建出高質量鎳基氧化物薄膜，為鎳基超導研究提供獨一無二的實驗平臺。
四種鎳基超結構薄膜的晶體結構（上）、電輸運性質（中）和費米面拓撲（下）
基于該技術，團隊合成出單層—雙層、單層—三層、雙層—三層三種全新鎳基超結構材料。
其中，單層—雙層超結構起始轉變溫度達50K，雙層—三層超結構達46K，均突破傳統超導理論的“麥克米蘭極限”；
而單層—三層超結構僅呈現金屬性。進一步研究發現，超導結構中布里淵區頂角附近的γ能帶費米口袋是決定超導發生的關鍵“電子基因”。
本次成果從實驗上明確了原子堆疊構型、電子能帶與超導電性的關聯，為揭示鎳基高溫超導微觀機制提供了關鍵實驗證據。
作為第三類突破常壓“麥克米蘭極限”的高溫超導體系，鎳基材料與銅基、鐵基的對比研究，將為攻克高溫超導這一世紀科學難題提供核心鑰匙，也為未來能源輸運、量子計算等領域的技術變革奠定科學基石。
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