中国科学家王猛团队突破高温超导研究瓶颈 开辟镍氧化物超导新领域

长期以来,高温超导被视为凝聚态物理领域的核心难题之一。

超导材料一旦能够在更高温度、更易实现的条件下稳定工作,将在电力输送、强磁场装置、精密测量等方面带来显著应用前景。

然而,在“液氮温区”具备应用潜力的非常规超导材料,数十年来主要集中在1986年发现的铜基氧化物体系。

能否找到第二种具备同类温区特征的新体系,既是国际学术界持续追问的前沿问题,也是检验基础研究原创能力的重要标尺。

问题在于,镍与铜在元素性质上相近,理论与实验上都曾被寄予厚望,但近40年探索并未形成稳定清晰的路径:材料家族众多、能带结构复杂、样品质量难以保障,实验现象又常受制备条件与测量手段影响,导致研究时常陷入“线索零散、可重复性不足、机制难以归纳”的困境。

正是在这样的背景下,王猛团队选择将攻关重点投向镍氧化物,试图在缺少成熟理论支撑和经验路线的情况下,主动进入“无人区”开展系统探索。

原因层面看,这一突破并非来自单点灵感,而是由“选题—制备—验证”三条链条的协同推进所促成。

其一,研究对象选择至关重要。

镍氧化物材料种类繁多、结构差异显著,团队在充分分析基础上锁定具有代表性的体系,围绕结构与电子态特征开展针对性实验,减少无效试错。

其二,高质量单晶样品制备是决定成败的门槛。

La3Ni2O7体系对设备能力与条件窗口要求苛刻,氧压控制、晶体生长稳定性、缺陷抑制等环节均需精细调控,实验效率低、失败概率高。

团队经过约两年持续攻关,在校方支持下完善关键设备条件,最终实现高质量单晶生长,为后续物性验证奠定基础。

其三,关键证据来自高压测量。

通过在高压条件下系统测试,团队首次确认La3Ni2O7出现超导转变,并将转变温度推至80开尔文。

这一结果不仅扩展了非常规超导材料谱系,也为理解“相近元素为何呈现不同超导行为”提供了新的对照样本。

影响方面,该成果具有多重意义。

首先,它以可验证、可重复的方式打开了镍氧化物高温超导研究的新通道,改变了该领域长期“有猜想、难落地”的局面。

其次,它为破解高温超导机理提供了新的实验平台:在铜基之外出现相对独立的第二体系,有助于研究者比较不同材料在晶格、电子关联、轨道贡献等方面的共性与差异,从而缩小理论解释的自由度。

再次,该进展提升了我国在国际凝聚态物理前沿领域的原创贡献度。

成果发表于国际学术期刊并入选相关年度重要科技进展,表明其在学术共同体中已形成广泛影响,带动更多团队开展验证、拓展与机制研究。

对策层面,面向这一新方向的持续推进,需要从“基础问题清单”入手形成系统布局:一是强化材料制备与表征平台建设,进一步提升单晶质量、尺度与一致性,扩大不同掺杂、不同结构成员的可获得性;二是建立更完善的高压与极端条件测量体系,围绕超导相与相变边界开展精细测量,提高数据可比性与可重复性;三是推动实验与理论深度耦合,围绕电子结构、磁性关联、晶格耦合等关键要素提出可检验的预测,并通过多手段交叉验证;四是加强人才梯队与开放合作,鼓励跨团队共享样品与数据标准,提升研究效率,减少重复摸索成本。

前景判断上,镍氧化物体系的出现,使“寻找更多液氮温区非常规超导材料”从单一主干走向多路径探索。

短期看,围绕La3Ni2O7的相图绘制、压力窗口优化、结构调控与机理厘清将成为焦点;中期看,若能实现在更接近常压条件下的稳定超导或实现更易工程化的材料形态,应用转化的讨论将更具现实基础;长期看,该体系可能成为理解高温超导普适规律的重要拼图,为未来设计型超导材料提供实验坐标系。

王猛表示,科研需要以平常心长期投入,把小概率事件通过扎实积累转化为可持续的必然性。

当前国际学界的密集跟进,也意味着这一新领域正进入加速发展期。

王猛团队的这一突破,深刻诠释了基础研究的价值和意义。

在"无人区"的探索中,他们用坚定的信念、严谨的方法和不懈的努力,将看似遥不可及的科学梦想变成了现实。

这启示我们,重大科学突破往往源于对未知的执着追求和对困难的勇敢面对。

在新时代建设科技强国的伟大征程中,需要更多像王猛这样的科研工作者,在基础研究的前沿阵地上砥砺奋进,为人类科学进步作出中国贡献。