重大突破！我國科學家發現新型高温超導體

高温超導現象的發現，打破了人們對超導只能存在於極低温的認知。但經過各國科學家近四十年努力，其形成機理仍是未解之謎。

尋找新型高温超導體，是研究高温超導的一個重要課題。日前，復旦大學物理學系趙俊教授團隊、中國科學院物理研究所研究員郭建剛團隊、北京高壓科學研究中心研究員曾橋石團隊，合作證實了鎳氧化物中具有壓力誘導的體超導電性，其超導體積分數達到86%，為人們理解高温超導機理提供了新的視角和平台。

北京時間7月17日晚，國際學術期刊《自然》發表了這一研究成果，並在“新聞和觀點”專欄作了亮點推薦和介紹。

什麼是超導體

所謂超導體，是在特定轉變温度之下電阻為零且呈現完全抗磁性的材料，能廣泛應用於電力傳輸和儲能、醫學成像、磁懸浮列車、量子計算等領域，具有重要的科學研究和技術應用價值。迄今為止，已有10位科學家因超導研究獲諾貝爾獎。

1911年，荷蘭物理學家海克·卡末林·昂內斯在汞中首次發現超導現象，當他把汞冷卻到約4K（“K”為熱力學温度單位“開爾文”，4 K=零下269.15℃）時，汞的電阻突然消失。此後很長時間，科學家們認為只有汞、鉛、鋁等常規金屬和簡單合金，在極低温下才能展現出超導性。

直到1986年，約翰內斯·貝德諾爾茨和卡爾·亞歷山大·米勒在鑭鋇銅氧化物中發現了高温超導現象，臨界温度可以高達30K。後來，包括我國科學家在內的多國科學家將其超導臨界温度提升至液氮温區（77 K）直至超過130K。

證明鎳氧化物的體超導性質

鎳元素在元素週期表中緊鄰銅元素，鎳氧化物被認為是實現高温超導電性的重要候選材料之一。但經過幾十年的研究，人們發現在鎳氧化物中實現超導電性的條件十分苛刻。

2023年，中國科學家在一種鎳氧化物中發現了壓力誘導的高温超導電性，超導臨界温度達到80 K，進一步將鎳氧化物的超導轉變温度提高到了液氮温區。但這種材料的超導體積分數較低，容易表現出絲狀超導現象，很難形成體超導電性。因此，尋找新的超導體系，提高超導體積分數，實現體超導電性十分關鍵。

研究團隊成功合成了高質量的三層鎳氧化物LaNiO單晶樣品，樣品在低於超導臨界温度下表現出了零電阻和完全抗磁的邁斯納效應，超導體積分數達到86%，有力證明了鎳氧化物的體超導性質。

趙俊（前排左三）課題組成員合影。

“高温超導研究的突破大多由實驗、特別是新超導體的發現驅動，至今還有很多現有理論無法完全解釋的現象。”趙俊介紹，鎳氧化物單晶樣品的生長條件十分苛刻，容易出現多種成分的鎳氧化物層狀共生的現象，這可能是鎳氧化物超導含量低的原因。

下一步，趙俊團隊還將繼續聚焦高温超導領域重大問題，探究不同體系高温超導體的內在聯繫和機理，理解和發現更高性能的高温超導體。