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高温超导研究有个老梗:理论预测在室温,实际卡在液氮温区,科学家们在实验室里反复"炼丹"。这次中科院团队的新成果,相当于把炼丹炉的温度控制精度从"燃气灶档"升级到了"分子料理档"。

镍基超导材料的问题很拧巴——想让材料超导,得把它"氧化"到极限;但氧化太狠,晶体结构又容易崩,就像既要蛋糕蓬松又要它承重,传统做法只能二选一。团队搞出的"强氧化原子逐层外延"技术,硬是在纳米尺度上玩出了"边砌墙边刷漆"的操作:每铺一层原子就同步完成氧化,氧化强度比常规方法高1000倍,结构还不塌。

成果很实在。纯双层镍基薄膜的超导起始温度从45开尔文推到63开尔文,又人工设计出三种全新堆叠结构,其中两种在常压下实现超导,分别摸到50开尔文和46开尔文。关键突破在于,团队用角分辨光电子能谱"拍"到了电子的动量分布,发现超导结构里都存在一个γ能带形成的费米口袋——相当于找到了超导的"指纹",没这个指纹的材料就是不超导。

63开尔文约等于零下210摄氏度,离室温还远,但常压条件下实现这个温度意义重大。液氮温区(77开尔文)是工业应用的分水岭,越靠近它,冷却成本越可控。更重要的是,这次证明了原子级结构调控能直接"定制"超导性能,给材料设计开了条新路。

论文发在《自然》上,DOI附在文末。有意思的是,这项技术本身可能比具体材料更有价值——"超强氧化+原子级操控"的组合,或许能解决一大类氧化物材料的缺氧难题。超导应用从理论走向现实,有时候就差一层原子的距离。