高马尔今天小编(衛青柏)要和大家分享的是中国高温超导新突破登Nature，薛其坤院士领衔，南方科大成果,欢迎阅读~
中国高温超导，再迎新突破！
南方科技大学校长薛其坤院士领衔的团队，最新研究成果加急发表在了 Nature。
不同于经典的铜或铁基超导，这项成果首次让镍基化合物突破了麦克米兰极限（40K）。
团队新研发的镍基材料超导起始转变温度达到了45K（-229 ℃），并且成功观测到了 " 零电阻 " 和 " 抗磁性 " 的双重特征。
在其背后，通过三年多的突破瓶頸，团队研发出了一种新的薄膜生长技术，克服了双层镍氧化物材料的固有难题。
薛其坤院士介绍，这是氧化物薄膜外延生长技术的一次重大跨越。
镍基材料突破麦克米兰极限
在这项研究中，实现常压高温超导的材料是La2.85Pr0.15Ni2O7，一种稀土元素部分替代的双层镍氧化物，基本材料是 La3Ni2O7（中山大学王猛教授团队 2023 年发现的高温超导材料）。
具体来说，研究者在 SrLaAlO4 衬底上外延生长了 3 个晶胞厚的 La2.85Pr0.15Ni2O7 超导薄膜。
其中 La 的 15% 被 Pr 取代。薄膜呈四方晶体结构，NiO2 面内有约 2% 的压缩应变。
（注：La= 镧，Pr= 镨，Ni= 镍，Sr= 锶，Al= 铝）
这种材料在镍基材料当中，首次突破了麦克米兰极限。
1957 年，J.Bardeen、L.V.Cooper 和 J.R.Schrieffer 三人以近自由电子模型为基础提出了 BCS 理论，从微观上解释了常规金属及合金超导体的机制。
根据电子 - 声子强耦合情形下的 BCS 理论，麦克米兰等人基于当时发现的一些超导体的实验数据进行经验外推，提出常压下超导体的临界转变温度不能高于 40K（-233 ℃），这被称为 " 麦克米兰极限 "。
后来，铜基和铁基材料均突破了麦克米兰极限，这次的镍基材料在常压下的临界温度也达到了 45K（-229 ℃）。
电阻率随温度变化曲线表明，La2.85Pr0.15Ni2O7 薄膜在 20K（-253 ℃）以下，电阻率逐渐趋于零，接近 BKT（Berezinskii – Kosterlitz – Thouless）相变的行为，而超导转变起始温度为 45K。
磁学上，研究团队使用互感法直接观测到 La2.85Pr0.15Ni2O7 薄膜的迈斯纳抗磁性信号，表明体系进入真正的超导态。迈斯纳温度为 8K，与 TBKT 值一致。
此外，作者对比了双层镍氧化物与无限层镍氧化物和铜氧化物超导体在结构和电子态方面的异同。
据此，作者指出这种材料独特的晶体场分裂和轨道杂化可能是导致高温超导的关键，为后续研究提供了参考。
在纳米尺度上 " 搭原子积木 "
不仅最终成果是一项重大突破，在材料的制备上，La2.85Pr0.15Ni2O7 也蕴含了大量创新。
继铜基和铁基之后，镍基超导材料 " 异军突起 "，并且之前已经实现了高压低温超导，但是摆脱高压限制依然是一大难关。
为了突破这一难题，研究团队使用了花三年时间自研的强氧化原子逐层外延（GOALL-Epitaxy）技术，被誉为是在纳米尺度上 " 搭原子积木 "。
具体到此项研究，这项技术的核心是在强氧化气氛下通过激光烧蚀La0.95Pr0.05Ox 和 NiOx 陶瓷靶材，在 SrLaAlO4 单晶衬底上逐原子层生长出 La2.85Pr0.15Ni2O7 超导薄膜。
首先，研究团队将预处理过的 SrLaAlO4 单晶衬底的 ( 001 ) 取向 SrLaAlO4 衬底装入真空腔室，加热至生长温度。
然后通入高纯氧气和臭氧，使衬底表面处于 3-5Pa 臭氧和 7Pa 氧气背景的强氧化环境中。
接着用激光轮流烧蚀 La0.95Pr0.05Ox 和 NiOx 靶材，按照 La0.95Pr0.05O - NiO2 - La0.95Pr0.05O - NiO2 - La0.95Pr0.05O 的次序逐原子层生长 La2.85Pr0.15Ni2O7 薄膜。
生长过程由 RHEED 实时监测，生长完成后，在臭氧气氛中快速冷却样品，并退火处理以优化薄膜质量。
这种方法的特点是能够对生长过程进行原子层次的精确控制，化学计量比精确可控。
在该方法下，La2.85Pr0.15Ni2O7 薄膜展现出优异的层状生长模式，并且界面陡峭、无杂质。
团队平均年龄 28 岁
本项目由南方科技大学校长薛其坤院士、超导机理实验室陈卓昱副教授领衔。
薛其坤 1984 年从山东大学光学系激光专业毕业，1999 年 9 月，任中科院表面物理国家重点实验室主任。
2005 年 5 月起，薛其坤担任清华大学物理系教授，11 月当选中科院院士，然后再清华一路升至院长、副校长，2020 年到新成立的南方科技大学担任校长。
2024 年，61 岁的薛其坤获得了 2023 年度国家最高科学技术奖，是该奖项迄今为止最年轻的获奖者。
△来源：南方科技大学官网，下同
整个团队也高度年轻化，平均年龄只有 28 岁，与薛其坤一起率领团队的陈卓昱副教授今年也只有 35 岁。
2012 年，陈卓昱毕业于清华大学物理系，之后到斯坦福读博，博士毕业后留校从事博士后研究。
2022 年，陈卓昱加入南方科技大学，出任物理系副教授。
包括陈卓昱在内，论文大部分作者都来自南科大超导机理实验室。
四名共同一作也都很年轻，包括博士后或在读博士生，甚至硕士生。
博士后周广迪，2022 年博士毕业于中科院半导体研究所，2023 年 2 月加入该实验室；
博士生吕威，2023 年 9 月加入；
博士后汪恒，清华物理学博士、本科武汉大学，2023 年 7 月加入；
硕士生聂子豪，本科毕业于深圳大学物理学，2023 年 6 月加入。
其余作者中，博士生陈亚奇、博士后李月莹、副研究员黄浩亮，也都出自该实验室。
此外，南科大物理系教授陈伟强、副教授孙煜杰也参与了这项研究，论文部分作者在粤港澳大湾区量子科学中心有兼职。
（注：除薛其坤、陈卓昱外，其余作者按照论文署名顺序排列）
论文地址：
https://www.nature.com/articles/s41586-025-08755-z
参考链接：
[ 1 ] https://www.nature.com/articles/d41586-025-00450-3
[ 2 ] https://hightc.phy.sustech.edu.cn/faculty.html
[ 3 ] https://newshub.sustech.edu.cn/html/202502/46153.html
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