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記者3月18日從南方科技大學(xué)獲悉，該校量子功能材料全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和物理系、粵港澳大灣區(qū)量子科學(xué)中心薛其坤—陳卓昱團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)常壓下最高達(dá)63開爾文（K）的超導(dǎo)起始轉(zhuǎn)變溫度，以及最高達(dá)37K的零電阻溫度，邁斯納抗磁性的起始溫度也較此前紀(jì)錄大幅提升，各項(xiàng)指標(biāo)均為新的世界紀(jì)錄。相關(guān)研究成果近日發(fā)表在《國家科學(xué)評(píng)論》上。

近年來，鎳基氧化物作為第三類高溫超導(dǎo)體系備受矚目，在高壓下的超導(dǎo)起始轉(zhuǎn)變溫度已可達(dá)80K甚至96K，但常壓下鎳基薄膜的起始轉(zhuǎn)變溫度只在40至50K左右。

為此，研究團(tuán)隊(duì)通過改進(jìn)自主研發(fā)的“強(qiáng)氧化原子逐層外延”方法，通過提供比常規(guī)方法高出約1000倍的強(qiáng)氧化環(huán)境，并配合更高的生長(zhǎng)溫度，有效解決了鎳基超導(dǎo)相合成中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和超導(dǎo)相所需的精準(zhǔn)氧化態(tài)之間的熱力學(xué)矛盾，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量超導(dǎo)薄膜的一步法原位生長(zhǎng)。

研究團(tuán)隊(duì)在鋁酸鍶鑭（SrLaAlO4）襯底上成功制備出了高質(zhì)量的鑭鐠鎳氧化物〔(La,Pr)3Ni2O7〕外延薄膜，實(shí)現(xiàn)常壓下起始轉(zhuǎn)變溫度最高達(dá)63K，以及零電阻溫度最高達(dá)37K的性能新紀(jì)錄。

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，超導(dǎo)性能的提升與正常態(tài)的“奇異金屬”（電阻隨溫度線性變化）行為存在直接關(guān)聯(lián)。當(dāng)薄膜達(dá)到最優(yōu)氧化狀態(tài)時(shí)，其輸運(yùn)特征表現(xiàn)為典型的非費(fèi)米液體行為，這一發(fā)現(xiàn)直接將鎳基超導(dǎo)的高溫超導(dǎo)電性與“奇異金屬”物理聯(lián)系在一起。

與具有極強(qiáng)準(zhǔn)二維特性的銅氧化物不同，該鎳基體系表現(xiàn)出極強(qiáng)的層間耦合特征，具有較為顯著的三維超導(dǎo)特性，為理解鎳基超導(dǎo)的宏觀形成機(jī)制提供了關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。此外，邁斯納抗磁性的強(qiáng)度顯著提升，且起始溫度達(dá)到23K，遠(yuǎn)超此前10K左右的紀(jì)錄。

據(jù)悉，該研究不僅創(chuàng)下常壓下鎳基超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的新紀(jì)錄，更通過高質(zhì)量的薄膜樣品搭建出一個(gè)理想的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可用于探索高溫超導(dǎo)的普遍規(guī)律，標(biāo)志著常壓鎳基超導(dǎo)研究進(jìn)入了“60K時(shí)代”，向著更高溫度的常壓超導(dǎo)已邁出堅(jiān)實(shí)一步。

（研究團(tuán)隊(duì)供圖）