北京时间8月12日晚间，复旦大学物理学系张远波教授、阮威教授和中国科学技术大学陈仙辉教授为论文的共同通讯作者在全球顶级科研期刊《Nature》上发表题为“Superconducting 2D cuprate with a single CuO₂ plane”的研究成果。复旦大学为本文的第一完成单位。此项研究首次实现铜基高温超导体的极致二维化制备，将材料体系精准削减至仅有单个CuO₂超导平面，刷新了高温超导二维体系的研究极限。
铜基高温超导是凝聚态物理领域的核心研究方向，其微观机理谜题被学界公认为凝聚态物理的“皇冠之谜”，长期以来制约着高温超导技术的迭代升级与落地应用。过往研究普遍推测，铜基材料的高温超导核心特性高度依托二维CuO₂平面结构，但始终缺乏极致体系的精准实验验证，多层材料的结构干扰、杂质干扰等问题，让科研人员难以剥离无关变量，精准捕捉超导本征物理规律。
单层材料（图源:复旦大学）
为破解这一科研瓶颈，复旦与中科大联合科研团队开展系统性技术攻关，创新材料剥离与调控工艺，精准剔除铜基超导体的冗余结构，最终成功制备出仅含单个CuO₂平面的极限二维超导体系。这一颠覆性“极限操作”，从实验层面直接证实了高温超导的二维本质，明确了CuO₂单层结构是铜基高温超导效应的核心载体，终结了学界长期以来的理论争议，为高温超导机理研究划定了核心研究方向。
更值得关注的是，团队在超导与绝缘体的量子转变临界点，观测到极具科研价值的奇异物理现象。研究发现，该极限二维体系在零温极限环境下，突破了传统物理规律约束，出现了电阻保持有限值的反常金属态，同时捕捉到清晰的量子临界现象。常规物理体系中，材料在超导-绝缘体转变过程中仅能呈现超导态或绝缘态两种极端形态，而此次发现的反常金属态，填补了量子相变研究的空白，打破了传统量子相变理论的认知局限。
据科研团队介绍，该单原子层级别的二维超导体系结构纯净、参数可调，彻底规避了多层材料的层间耦合干扰，是目前研究高温超导机理的理想量子实验平台。依托这一全新平台，科研人员可精准调控载流子浓度、量子维度、界面效应等关键参数，精准解析高温超导的电子配对机制、量子涨落规律等核心科学问题，为解开高温超导核心谜题提供了全新实验支撑。
业内专家表示，此次成果是二维超导与量子临界物理领域的重要里程碑突破。基础理论层面，它为构建完善的高温超导理论体系提供了关键实验证据，推动凝聚态物理基础研究迈向新高度；应用层面，高温超导机理的破解将赋能超导电力传输、高
精密医学成像、磁悬浮交通、量子计算、低温超导器件等多个前沿领域，助力实现低损耗能源利用、高性能量子器件研发，具备极高的科学价值与广阔的工程应用前景。
张远波教授简介
1978年出生于河南信阳。复旦大学教授，博士生导师。2000年毕业于北京大学物理系，获学士学位，2000年8月赴美国哥伦比亚大学物理系，于2006年获博士学位。同年获美国加州大学伯克利分校Miller Fellowship，从事博士后研究。2010年在IBM Almaden Research Center从事博士后研究。2011年回国任复旦大学物理系教授。其研究方向为低维纳米体系，在量子输运、扫描隧道显微和能谱技术，以及远红外能谱领域积累了丰富的研究经验，取得了具有国际影响力的成果。共发表论文近40篇，被引用超过11000次。曾被爱思唯尔评为中国大陆地区物理与天文学科高被引学者榜单的第一名。
张远波教授研究方向为低维纳米体系，在量子输运、扫描隧道显微和能谱技术，以及远红外能谱领域积累了丰富的研究经验，取得了具有国际影响力的成果。2005年与合作者在石墨烯中发现反常的量子霍尔效应，首次发现石墨烯中载流子为等效相对论性粒子，并在同一系统中发现了室温下的量子霍尔效应，引领了国际石墨烯研究。他还一直致力于新型二维材料以及新型二维材料中的新物理的探索，2014年与合作者首次制备了基于新型二维材料黑磷的器件，开辟了二维黑磷这一研究方向。(1) 研究在石墨烯中相对论效应对电子影响，包括由此引起的反常量子霍尔效应，准自旋物理等。(2) 发展新的样品制备和探测手段来研究其它低维度系统的结构和电磁性质。(3) 在极端物理条件下(极低温度，超强磁场)用电子输运的办法来观察所有这些低维电子体系的电磁特性，寻找可能存在的新的量子基态。
编辑、审核：艾克旦
版权声明：本文由“TOP大学来了”综合自“复旦大学、nature等”，文章转摘只为学术传播，如涉及侵权问题，请联系我们，我们将及时修改或删除。
热门跟贴