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中国科学家发现液氮温区镍氧化物超导体有望破解高温超导机理

文章来源：科技日报更新时间：2023-07-17 15:37:19

7月12日，《自然》杂志刊登中山大学王猛教授团队与其他单位合作的成果——首次发现液氮温区镍氧化物超导体。这是由中国科学家首次率先独立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”的重要突破，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，在信息技术、工业加工技术、超导电力、生物医学和交通运输等领域，实现更广泛的应用。

　　王猛教授展示镍氧化物La3Ni2O7单晶

　　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，在该领域已产生了5个诺贝尔奖。中国科学家也因超导领域的突破两次获得国家自然科学一等奖，以及一次国家最高科学技术奖。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77K(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，高温超导的机理至今未知，成为近40年来物理学中最重要的科学问题之一。

　　王猛教授介绍，团队耗时三年半，依托中山大学物理学院公共科研平台，通过不断努力成功生长了镍氧化物La3Ni2O7单晶，随后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，很快在实验上确定了此单晶材料能够在压力下实现超导，转变温度达到液氮温区，高达80K。这是继铜氧化物高温超导体后，另一个完全不同体系的高温超导体。

　　“本次发现高温超导的镍氧化物，镍的价态为+2.5价，远离人们此前认为容易出现超导电性的正1价，超出此前理论预期。其电子结构、磁性与铜氧化物完全不同，通过比较研究，有可能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。”

　　该发现得到了《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”。该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。

　　王猛教授团队开组会

　　该工作由中山大学物理学院教授王猛领导完成。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。实验方面，团队得到华南理工大学唐玲云、毛忠泉，中国科学院物理研究所程金光团队，美国亚利桑那州立大学博士韩艺丰支持;理论方面，中山大学教授姚道新和博士研究生胡训武开展了基于密度泛函理论的材料结构和能带计算，清华大学张广铭教授提出了一个理解实验和计算结果的物理图像。

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