我国学者发现常压下镍氧化物的高温超导电性

　　

图 （a）纯相(La,Pr)₃Ni₂O₇超导薄膜的透射电子显微镜照片；
（b）电阻-温度曲线；（c）超导抗磁性的互感测量

　　在国家自然科学基金项目（批准号：92265112、12374455、52388201）等资助下，南方科技大学、粤港澳大湾区量子科学中心、清华大学的陈卓昱教授、薛其坤教授等组成联合研究团队，利用全国产设备与自主研发的实验技术，在常压下实现了镍氧化物薄膜的高温超导电性，超导起始转变温度突破40 K，同时观测到“零电阻”和“抗磁性”的双重特征。该成果于2025年2月17日以“常压下(La,Pr)₃Ni₂O₇薄膜中超40 K起始转变温度的超导电性（Ambient-pressure superconductivity onset above 40 K in (La,Pr)₃Ni₂O₇ films）”为题发表在《自然》（Nature）期刊。文章链接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-08755-z。

　　超导现象自1911年被发现以来，寻找更高温度的超导材料成为国际科学界的一个重要研究方向。传统超导体的超导最高转变温度为40 K，即“麦克米兰极限”。此前，铜基氧化物和铁基化合物两类材料的超导转变温度先后突破“麦克米兰极限”，被称为高温超导体。然而，由于高温超导机理复杂，科学家们探索了近四十年仍未破解。近年来，镍基氧化物超导材料“异军突起”。2019年，美国斯坦福大学的Harold Hwang教授研究团队首次在镍基无限层氧化物薄膜中观测到超导电性，但常压下其超导温度一直徘徊在20K左右。2023年，我国科学家在超过十万个大气压的高压环境下，镍基氧化物块体中实现了液氮温区的超导，在国际上引起广泛影响。然而，如何摆脱高压局限，甚至实现常压下高温超导，成为全球科学家的竞技场。

　　针对这一挑战，联合研究团队利用自主研发的“强氧化原子逐层外延”技术，在氧化能力比传统方法强上万倍的条件下，实现原子层的逐层生长，并精确控制化学配比，构建出结构复杂、热力学亚稳、晶体质量优良的镍氧化物薄膜。更进一步，他们利用衬底应力获得了高压下稳定的晶格结构。在失败了一千多次之后，研究团队成功地实现了常压下镍氧化物薄膜的超导电性。通过电磁输运测量，研究团队同时观测到了“零电阻”与“抗磁性”两个典型的特征，确认了高温超导电性的存在。美国斯坦福大学的Harold Hwang教授研究团队在相同晶体结构但化学组分不同的镍氧化物薄膜中也观测到了常压下的超导电性，进一步验证了镍氧化物薄膜中存在常压超导现象。

　　该研究实现了镍氧化物薄膜中常压超导的突破，标志着镍基氧化物成为继铜基氧化物和铁基化合物之后，第三类在常压下突破 “麦克米兰极限”的高温超导材料体系，为解决高温超导机理的科学难题提供了全新突破口。