我國科學家在高溫超導領域取得重大突破。由南方科技大學、粵港澳大灣區量子科學中心與清華大學聯合組成的研究團隊於2025年2月18日在國際頂級學術期刊《自然》線上發表研究成果，在常壓環境下實現了鎳氧化物材料的高溫超導電性，超導起始轉變溫度突破40開爾文（K），相當於零下233攝氏度，觀測到“零電阻”和“抗磁性”的雙重特徵。這一發現使鎳基材料成為繼銅基、鐵基之後，第三類在常壓下突破40K“麥克米蘭極限”的高溫超導材料體系，為解決高溫超導機理的科學難題提供了全新突破口。
超導好比電力高速公路上的“零能耗跑車”，電流透過時完全沒有損耗，被廣泛認為具有顛覆性的技術前景。超導現象自1911年被發現以來，尋找更高溫度的超導材料成為國際科學界的一個重要研究方向。傳統超導體的超導最高轉變溫度為40K，也就是“麥克米蘭極限”。此前，銅基和鐵基兩類材料的超導轉變溫度突破了“麥克米蘭極限”，被稱為高溫超導體，但高溫超導機理複雜如同“量子迷宮”，科學家探索近40年仍未破解。
近年來，鎳基超導材料“異軍突起”。2019年，美國科學家首次在鎳基薄膜中觀測到超導電性，但其超導溫度較低。2023年，我國科學家在超過十萬個大氣壓的高壓環境下，實現了鎳基材料的液氮溫區超導，在國際上引起廣泛影響。然而，如何擺脫高壓限制、實現常壓高溫超導，成為全球科學家競相追逐的目標。
針對這一挑戰，三年來，由薛其坤院士與陳卓昱副教授率領的研究團隊持續攻關，自主研發了“強氧化原子逐層外延”技術。這項技術可以在氧化能力比傳統方法強上萬倍的條件下，依然實現原子層的逐層生長，並精確控制化學配比，如同在奈米尺度上“搭原子積木”，構建出結構複雜、熱力學亞穩、但晶體質量趨於完美的氧化物薄膜，這是氧化物薄膜外延生長技術的一次重大跨越，不僅為包括寬禁帶半導體等各類氧化物的缺氧難題提供瞭解決方案，還極大地拓展了高溫超導等強關聯電子系統的人工設計與製備。
研究團隊將這項技術應用於鎳基超導材料的開發之中：在原子級平滑的基片之上，精確排列鎳、氧等原子，構建出厚度僅幾奈米的超薄膜。特別是，研究團隊在極強的氧化環境下，透過介面工程，實現了“原子鉚釘術”，固定住了原本需要極高壓環境下才能穩定存在的原子結構。他們試驗了一千多片樣品，最後成功地獲得了常壓下的超導電性。透過精密的電磁輸運測量，觀測到了零電阻與抗磁性，確認了高溫超導電性的存在。此次突破也表明，透過介面工程最佳化材料設計，很有希望在更高的溫度，例如液氮溫區實現鎳基超導。
鎳基超導研究是當前國際科學界的前沿熱點，全球競爭異常激烈。美國斯坦福大學的研究團隊與合作者幾乎同時也報告了類似材料體系中的常壓超導電性。中美團隊研究路徑獨立，實驗相互印證。特別值得一提的是，中國團隊全部採用國產儀器，發展了獨特的強氧化能力薄膜生長技術，成功獲得了晶體質量更高的薄膜材料，不僅實現了科學上的突破性發現，更為我國在超導乃至量子材料領域的長期自主發展奠定了堅實基礎。
薛其坤院士作為國家最高科學技術獎獲得者，近年來始終堅守科研一線，引領量子材料的前沿探索。此次發現，正是在新型有組織科研的模式下，經過南科大、粵港澳大灣區量子科學中心、清華大學三個單位，大團隊異地協作，堅持不懈科研攻堅所取得的成果。值得欣喜的是，實現這一重大突破的科研團隊高度年輕化。團隊負責人陳卓昱副教授僅35歲，他從小酷愛物理，以廣東省高中物理競賽第一名保送清華大學物理系，後赴美國斯坦福大學深造，一直保持對物理的熱枕。陳卓昱三年前回到家鄉深圳，任職南方科技大學，在薛其坤院士的領導下，從零開始組建超導機理實驗室，開展高溫超導研究。這項成果正是在他的直接率領下，主要由博士後和在讀研究生組成的平均年齡僅28歲的研究團隊努力攻關而取得的。
本次科研突破充分展示了我國在高溫超導前沿領域的原創競爭能力，彰顯了跨區域科技創新的協同能力，體現了以90後為代表的年輕科學家團隊在技術方法上的開拓創新能力，凸顯了以粵港澳大灣區為代表的國產自主可控科研裝置對前沿科研創新的支撐能力。
該研究已引發國際學術界高度關注。鎳基、銅基與鐵基三類高溫超導體電子結構相異，透過三者的對比研究，可以深入理解高溫超導電子配對的核心機制，為破解高溫超導機理這一世紀科學難題提供關鍵鑰匙。超導機理的突破不僅將深化人類對量子物質行為的理解，更將為能源、資訊、醫療等領域的顛覆性技術奠定科學基石，進一步有力推動社會生產力的提升和科技創新發展。
大灣區產學研協同創新助力關鍵技術突破
由南方科技大學、粵港澳大灣區量子科學中心與清華大學聯合組成的研究團隊於2025年2月17日在國際頂級學術期刊《自然》發表研究成果，在常壓環境下實現了鎳氧化物材料的高溫超導電性，並觀測到“零電阻”和“完全抗磁性”雙重特徵。據瞭解，作為產生此次成果的關鍵技術“強氧化原子逐層外延”，其誕生與粵港澳大灣區獨特的產學研生態密不可分，體現出大灣區在科技創新和產學研深度融合方面的獨特優勢。
科研團隊在此次攻關過程中，深度聯動本地高階裝備製造企業，持續探索並不斷最佳化“科研牽引—聯合開發—迭代升級”的新型校企協同研發正規化。針對超高真空、超強氧化環境、原子級沉積精度、高度自動化等等嚴苛的要求，科研團隊組織多家國產裝置製造企業，迅速組建由材料科學家、精密機械工程師和自動化控制專家組成的聯合技術組，在技術驗證和科研應用的過程中反覆迭代，最終打造出全球首臺兼具超強氧化氛圍與原子級沉積精度的薄膜外延裝置，實現較國際同類裝置提升上萬倍的氧化效能。
此外，本地企業透過派駐技術人員與高校實驗室建立長期合作關係，能夠即時掌握裝置執行狀態，並在出現故障時快速完成維修或提供替代方案，最大程度支撐科研工作的高效進行，這種伴隨式、快速響應式的服務不僅提升了裝置的使用效率，還促進了裝置不斷迭代升級，達到更高的執行水平。在當前國際科技競爭日益激烈、你追我趕的背景下，大灣區產業鏈的快速響應與協同攻關能力，成為了此次南科大聯合科研團隊取得突破的重要因素，凸顯出大灣區“基礎研究—技術攻關—產業支撐”的創新閉環優勢。
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