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高溫超導現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，打破了人們對超導只能存在于極低溫的認知。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。

尋找新型高溫超導體，是研究高溫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(shù)達到86%，為人們理解高溫超導機理提供了新的視角和平臺。

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

什么是超導體

所謂超導體，是在特定轉變溫度之下電阻為零且呈現(xiàn)完全抗磁性的材料，能廣泛應用于電力傳輸和儲能、醫(yī)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?？恕た┝帧ぐ簝人乖诠惺状伟l(fā)現(xiàn)超導現(xiàn)象，當他把汞冷卻到約4K（“K”為熱力學溫度單位“開爾文”，4 K=零下269.15℃）時，汞的電阻突然消失。此后很長時間，科學家們認為只有汞、鉛、鋁等常規(guī)金屬和簡單合金，在極低溫下才能展現(xiàn)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(fā)現(xiàn)了高溫超導現(xiàn)象，臨界溫度可以高達30K。后來，包括我國科學家在內的多國科學家將其超導臨界溫度提升至液氮溫區(qū)（77 K）直至超過130K。

證明鎳氧化物的體超導性質

鎳元素在元素周期表中緊鄰銅元素，鎳氧化物被認為是實現(xiàn)高溫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(fā)現(xiàn)在鎳氧化物中實現(xiàn)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(fā)現(xiàn)了壓力誘導的高溫超導電性，超導臨界溫度達到80 K，進一步將鎳氧化物的超導轉變溫度提高到了液氮溫區(qū)。但這種材料的超導體積分數(shù)較低，容易表現(xiàn)出絲狀超導現(xiàn)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(shù)，實現(xiàn)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，樣品在低于超導臨界溫度下表現(xiàn)出了零電阻和完全抗磁的邁斯納效應，超導體積分數(shù)達到86%，有力證明了鎳氧化物的體超導性質。

趙?。ㄇ芭抛笕┱n題組成員合影。

“高溫超導研究的突破大多由實驗、特別是新超導體的發(fā)現(xiàn)驅動，至今還有很多現(xiàn)有理論無法完全解釋的現(xiàn)象?！壁w俊介紹，鎳氧化物單晶樣品的生長條件十分苛刻，容易出現(xiàn)多種成分的鎳氧化物層狀共生的現(xiàn)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(xù)聚焦高溫超導領域重大問題，探究不同體系高溫超導體的內在聯(lián)系和機理，理解和發(fā)現(xiàn)更高性能的高溫超導體。