2月18日，由南方科技大学校长、中国科学院院士薛其坤领衔、南方科技大学副教授陈卓昱等组成的联合攻关团队，发现常压下镍氧化物的高温超导电性，相关研究成果发表在《自然》杂志上。该发现使镍基材料成为继铜基、铁基之后，第三类在常压下突破40K（约-233℃）的高温超导材料体系。

高温超导研究难题

什么是超导？这个问题听起来有点神秘莫测，其实离我们并不遥远。简单来说，超导是指某些材料在特定温度条件下，电阻突然消失，呈现出“零电阻”的特性，同时还具备“完全抗磁性”，即能够排斥磁场，让磁力线无法穿过材料内部。想象一下，当电流在超导材料中流动时，就像在一条没有任何阻力的高速公路上奔驰，不会有丝毫的能量损耗。

超导现象在1911年就被发现了，从那以后，寻找更高温度的超导材料成为国际科学界的一个重要研究方向。传统超导体的超导最高转变温度为40K，也就是“麦克米兰极限”。此前，铜基和铁基两类材料的超导转变温度突破了“麦克米兰极限”，被称为高温超导体，但高温超导机理复杂如同“量子迷宫”，科学家探索近40年仍未破解。

近年来，镍基超导材料“异军突起”。2019年，美国科学家首次在镍基薄膜中观测到超导电性，但其超导温度较低。2023年，中国科学家在超过10万个大气压的高压环境下，实现了镍基材料的液氮温区超导。然而，如何摆脱高压限制、实现常压高温超导，成为全球科学家竞相追逐的目标。

突破性发现

针对这一挑战，3年来，薛其坤与陈卓昱率领的研究团队持续攻关，试验了1000多片镍氧化物样品，通过精密的电磁输运测量，观测到了零电阻与抗磁性，确认了高温超导电性的存在。

镍基超导研究是当前国际科学界的前沿热点，全球竞争异常激烈。美国斯坦福大学的研究团队与合作者几乎同时也报告了类似材料体系中的常压超导电性。中美团队研究路径独立，实验相互印证。特别值得一提的是，中国团队全部采用国产仪器，发展了独特的强氧化能力薄膜生长技术，成功获得了晶体质量更高的薄膜材料，不仅实现了科学上的突破性发现，更为中国在超导乃至量子材料领域的长期自主发展奠定了坚实基础。

这一成果意义非凡。从科学研究角度看，镍基、铜基与铁基这三类高温超导体电子结构不同，通过对比研究，就像拿着不同的钥匙去开启同一扇科学之门，有助于深入理解高温超导电子配对的核心机制，为破解高温超导机理提供关键线索。从技术创新层面讲，其团队研发的成果解决了氧化物薄膜的缺氧难题，极大拓展了高温超导等强关联电子系统的人工设计与制备，为相关领域发展开辟了新路径。

带来更多可能性

在一些领域，高温超导材料的前景更是令人憧憬。比如，在能源领域，我国的西电东送工程若采用高温超导材料构建“零电阻”的超导电网，电力大幅损耗的情况将大为改观。根据理论研究和实验室模拟数据，超导电网能够将电力传输损耗降低至近乎为零。这意味着，每年输送的5000亿千瓦时电量，几乎可以毫无损耗地抵达东部地区，极大地提高了能源输送效率。这不仅能节省大量能源，减少因发电产生的环境污染，还能显著降低输电成本，对于我国能源结构优化和可持续发展具有举足轻重的意义。

在医疗领域，高温超导材料在改进核磁共振成像设备方面作用显著。目前的核磁共振成像设备磁场强度一般为1.5-3T，成像分辨率有限。研究表明，磁场强度提升后，成像分辨率可提高2-3倍，能够更清晰地呈现人体内部组织和器官的细微结构，使得病变检测准确率从当前的70%-80%提升至90%以上，更早、更准确地检测出病变，为患者的诊断和治疗提供有力支持。

尽管目前镍基材料的超导转变温度还需进一步提高，如达到液氮温区77K（约-196℃），但这一突破已为未来实现更高温度的超导应用铺就了基石。相信在科学家的不懈努力下，高温超导领域将为人类社会的发展带来更多可能。

（作者段跃初系中国未来研究会会员、中国科普作家协会会员）

来源: 科普时报