将有望推动破解高温超导机理，使设计和预测高温超导材料成为可能

羊城晚报全媒体记者 陈亮

7月12日，国际学术期刊《自然》杂志刊登中山大学王猛教授团队主导的科学成果：首次发现液氮温区镍氧化物超导体。这是中国科学家在全球率先发现的全新高温超导体系，是人类目前发现的第二种液氮温区非常规超导材料，是基础研究领域“从0到1”的突破，将有望推动破解高温超导机理，使设计和预测高温超导材料成为可能。

发现镍基高温超导体

近日，在中山大学广州校区南校园哲生堂物理学院的实验室，王猛教授团队向我们展示了一根几厘米的黑色料棒。这就是本次发现的“新星”——高温超导新材料La_3Ni_2O_7单晶样品。这根看似朴实无华的料棒，凝聚着团队数年的心血。

据悉，超导材料具有绝对零电阻、完全抗磁性和宏观量子隧穿效应的特殊性质，因此具有重要的科学和应用价值。

1986年，科学家首次发现铜氧化物超导材料，随后多国科学家将其超导温度提升到了液氮温区，即超过77开尔文。液氮的廉价和易得，推动了铜氧化物高温超导材料的规模化应用。然而近40年来，高温超导机理至今仍是物理学最重要的未解问题之一。

据王猛介绍，La_3Ni_2O_7生长条件极为苛刻，平均价态为+2.5价，偏离Ni的稳定价态+2价，氧压范围窄，研究团队花了两年多的时间，才摸索出生长条件，长出了高质量单晶样品。随后，研究团队将La_3Ni_2O_7单晶材料在中山大学高压实验研究平台以及华南理工大学、中国科学院物理研究所、北京同步辐射装置开展实验研究，很快确定了其在压力下转变为超导体，超导转变温度达到液氮温区，高达80开尔文。

有望破解高温超导机理

“这次发现高温超导的镍氧化物，镍的价态为+2.5价，超出传统预期，其电子结构、磁性与铜氧化物完全不同。通过比较研究，将有可能确定高温超导的关键因素，推动科学家破解高温超导机理。”王猛教授介绍，“根据机理，有望与计算机、AI技术等学科交叉后，设计、合成新的更多的更容易应用的高温超导材料，实现更加广泛的应用。”

这个发现在审稿阶段于科研论文预印平台公布后，迅速受到全球超导领域研究人员广泛关注和跟进研究，在一个月左右的时间里已有十余篇相关理论和实验工作相继公布。论文也得到了《自然》杂志审稿人的高度评价，认为它“具有突出重要性”“是开创性发现”“业内将广泛关注”。

本工作由中山大学物理学院王猛教授主导完成。中山大学物理学院副研究员孙华蕾、博士研究生霍梦五为论文的共同第一作者，王猛和清华大学教授张广铭为论文共同通讯作者。

“中山大学自2017年开始建设物理学院公共科研平台，为团队的材料生长和表征实验创造了一流的条件。”王猛说，中山大学建设的中子谱仪将助力团队对材料进行进一步研究，推动机理的解决。

“目前，我们的超导材料，需要在14GPa压力下才能实现，这会限制对超导机理的研究以及广泛应用。研究团队目前正在攻关，希望生长出常压下达到液氮温区超导的镍氧化物超导体。”王猛说。