封面新闻记者 边雪
1911年，荷兰物理学家海克·卡末林·昂内斯在液氦极低温环境下首次发现汞的超导现象，开启了人类对零电阻材料的探索。
此后的百年间，科学家们不断刷新超导临界温度（Tc）的纪录：1986年铜氧化物超导体的发现将Tc提升至液氮温区（77K），2008年突破“麦克米兰极限”——传统BCS理论预测40K的铁基超导体的出现再次引发热潮。2019年镍基氧化物超导的出现，又使高温超导材料家族增加了一个新成员。由于需要10多万大气压的高压条件，使它的研究和应用受到了限制。
2月18日，南方科技大学薛其坤院士团队宣布最新科研突破：他们在常压环境下实现了镍氧化物薄膜超过“麦克米兰极限”（40K以上）的超导电性，使镍基材料成为常压下继铜基、铁基之后的第三类高温超导体系。
这项发表于《自然》杂志的突破性研究，不仅刷新了超导材料家族图谱，更是在镍基体系中验证了高温超导的普适性，为破解高温超导机理这一“凝聚态物理圣杯”提供了关键拼图。
这项跨越世纪的科学长征中，中国科学家正从跟跑者转变为领航者。正如诺贝尔物理学奖得主安东尼·莱格特所言：“谁解开高温超导之谜，谁就掌握了21世纪能源革命的钥匙。”此刻，这把钥匙已初现东方。
2月19日，封面新闻记者专访了薛其坤院士及研发团队主要成员。采访中，薛其坤院士透露了团队的三步走规划：“进一步提高材料质量，探索新的异质结体系，探索研究铜、铁、镍体系在超导机理上可能的统一模型，探索基于薄膜材料的电子学应用。”
这项源自中国实验室的原始创新，正在为人类打开一扇通往超导新时代的大门。
原子级工程：强氧化外延技术突破材料桎梏
“就像在飓风中搭建乐高积木。”团队核心成员陈卓昱副教授如此形容研究的技术挑战。镍超导氧化物在常压下会因晶格畸变导致电子态失稳，传统制备方法始终无法获得纯净的晶体结构。
陈卓昱告诉封面新闻记者，研究团队历时三年攻关，自主研发出“强氧化原子逐层外延”技术，通过构建常规条件一万倍的局部超强氧化环境，在原子级平整的钛酸锶基片上实现镍、氧等原子的精确堆砌。
该技术突破三大技术瓶颈：采用分子束外延结合脉冲激光沉积，在纳米尺度精确调控每层原子的化学计量比；创新性引入“原子铆钉”界面工程，利用基片与薄膜的晶格应力固定亚稳态结构；开发原位同步辐射表征系统，实时监测薄膜生长过程的电子结构演变。最终制备出厚度仅3.2纳米、表面粗糙度小于0.1纳米的单晶薄膜，其结构稳定性比传统方法提升两个数量级。
电子强关联体系的新认知
实验数据显示，该镍氧化物在常压下的超导转变温度达45K，且具备典型高温超导体的特征：相图中存在赝能隙区、超导态伴随反铁磁涨落等。这些现象强烈暗示，其超导机制可能与铜基材料共享某种普适的电子强关联物理机制。
“镍与铜同处元素周期表相邻位置，但镍的3d轨道多一个电子，这为研究电子填充数对超导的影响提供了绝佳对照样本。” 陈卓昱副教授解释道，研究团队通过角分辨光电子能谱（ARPES）发现，镍氧化物中存在着与铜基超导体相似的费米面嵌套现象，且超导态出现时伴随电荷密度波涨落的抑制。“这些发现为统一铜、铁、镍三大高温超导体系的理论模型提供了实验支点。”
从量子计算到能源网络的未来图景
此次突破带来的不仅是科学认知的革新，更孕育着颠覆性技术变革。镍基材料相比铜基体系具有以下潜在优势。
首先，全球镍矿年产量超300万吨，原料储量丰富。其次，镍基材料机械强度高，可加工成柔性超导带材。
此外，镍基材料化学稳定性好，无需复杂封装即可在空气中长期保存。南科大团队表示，正与华为2012实验室合作开发基于该材料的低损耗微波器件，有望降低5G基站的能耗。
