發現鎳基高溫超導體

近日，在中山大學廣州校區南校園哲生堂物理學院的實驗室，王猛教授團隊向我們展示了一根幾釐米的黑色料棒。這就是本次發現的“新星”——高溫超導新材料La_3Ni_2O_7單晶樣品。這根看似樸實無華的料棒，凝聚著團隊數年的心血。

據悉，超導材料具有絕對零電阻、完全抗磁性和宏觀量子隧穿效應的特殊性質，因此具有重要的科學和應用價值。

1986年，科學家首次發現銅氧化物超導材料，隨後多國科學家將其超導溫度提升到了液氮溫區，即超過77開爾文。液氮的廉價和易得，推動了銅氧化物高溫超導材料的規模化應用。然而近40年來，高溫超導機理至今仍是物理學最重要的未解問題之一。

據王猛介紹，La_3Ni_2O_7生長條件極為苛刻，平均價態為+2.5價，偏離Ni的穩定價態+2價，氧壓範圍窄，研究團隊花了兩年多的時間，才摸索出生長條件，長出了高質量單晶樣品。隨後，研究團隊將La_3Ni_2O_7單晶材料在中山大學高壓實驗研究平台以及華南理工大學、中國科學院物理研究所、北京同步輻射裝置開展實驗研究，很快確定了其在壓力下轉變為超導體，超導轉變溫度達到液氮溫區，高達80開爾文。

有望破解高溫超導機理

“這次發現高溫超導的鎳氧化物，鎳的價態為+2.5價，超出傳統預期，其電子結構、磁性與銅氧化物完全不同。通過比較研究，將有可能確定高溫超導的關鍵因素，推動科學家破解高溫超導機理。”王猛教授介紹，“根據機理，有望與計算機、AI技術等學科交叉後，設計、合成新的更多的更容易應用的高溫超導材料，實現更加廣泛的應用。”

這個發現在審稿階段於科研論文預印平台公佈後，迅速受到全球超導領域研究人員廣泛關注和跟進研究，在一個月左右的時間裡已有十餘篇相關理論和實驗工作相繼公佈。論文也得到了《自然》雜誌審稿人的高度評價，認為它“具有突出重要性”“是開創性發現”“業內將廣泛關注”。

本工作由中山大學物理學院王猛教授主導完成。中山大學物理學院副研究員孫華蕾、博士研究生霍夢五為論文的共同第一作者，王猛和清華大學教授張廣銘為論文共同通訊作者。

“中山大學自2017年開始建設物理學院公共科研平台，為團隊的材料生長和表徵實驗創造了一流的條件。”王猛說，中山大學建設的中子譜儀將助力團隊對材料進行進一步研究，推動機理的解決。

“目前，我們的超導材料，需要在14GPa壓力下才能實現，這會限制對超導機理的研究以及廣泛應用。研究團隊目前正在攻關，希望生長出常壓下達到液氮溫區超導的鎳氧化物超導體。”王猛說。