4月8日，国际顶级期刊《自然》刊发我国超导领域重大成果，南方科技大学量子功能材料全国重点实验室、物理系联合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，通过人工设计原子堆叠序列，成功创制“单层—双层”与“双层—三层”两种新型常压镍基氧化物超导材料，标志着我国在高温超导材料研发领域取得关键进展。
高温超导是凝聚态物理核心前沿，镍基材料被视为继铜基、铁基之后揭示高温超导机理的第三类关键体系。然而，镍基超导合成需实现高度氧化状态，这与晶格稳定生长存在热力学冲突，长期制约其研发突破。本次研究精准破解这一核心矛盾，为镍基超导材料的可控合成开辟了全新路径。
研究团队自主研发“强氧化原子逐层外延”技术，开辟极端非平衡生长区间，实现薄膜生长中结构构建与充分氧化“一步完成”。这项技术如同纳米尺度的“原子积木搭建”，可按人工设计蓝图精确排列镧、镨、镍等原子，构建出高质量镍基氧化物薄膜，为镍基超导研究提供独一无二的实验平台。
四种镍基超结构薄膜的晶体结构（上）、电输运性质（中）和费米面拓扑（下）
基于该技术，团队合成出单层—双层、单层—三层、双层—三层三种全新镍基超结构材料。
其中，单层—双层超结构起始转变温度达50K，双层—三层超结构达46K，均突破传统超导理论的“麦克米兰极限”；
而单层—三层超结构仅呈现金属性。进一步研究发现，超导结构中布里渊区顶角附近的γ能带费米口袋是决定超导发生的关键“电子基因”。
本次成果从实验上明确了原子堆叠构型、电子能带与超导电性的关联，为揭示镍基高温超导微观机制提供了关键实验证据。
作为第三类突破常压“麦克米兰极限”的高温超导体系，镍基材料与铜基、铁基的对比研究，将为攻克高温超导这一世纪科学难题提供核心钥匙，也为未来能源输运、量子计算等领域的技术变革奠定科学基石。
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