重大突破！中山大学开创性成果登上Nature！

这项研究工作由 中山大学物理学院的 王猛教授 领导完成 。中山大学物理学院的 孙华蕾副研究员 和 霍梦五博士研究生 是论文的共同第一作者， 王猛教授 和清华大学的 张广铭教授 是共同通讯作者。在实验方面， 王猛教授 团队得到了华南理工大学的 唐玲云 和 毛忠泉 ，中国科学院物理研究所的 程金光 团队，以及美国亚利桑那州立大学的博士生 韩艺丰 的支持。在理论方面，中山大学的 姚道新教授 和 博士研究生胡训武 进行了基于密度泛函理论的材料结构和能带计算，清华大学的 张广铭教授 提出了一个理解实验和计算结果的物理图像。

这是 全球范围内中国科学家首次发现的液氮温区非常规超导材料，代表着基础研究领域的一次突破 。这项发现有望推动高温超导机理的破解，让人们有可能设计和预测更多高温超导材料，实现更广泛、更大规模的产业化应用。

100多年前，科学家发现了特定低温下汞的电阻为零，这种现象被称为“超级导电”。超导材料因其绝对零电阻、完全抗磁性和宏观量子隧穿效应的特殊性质而备受关注，具有重要的科学和应用价值。自超导现象被发现以来，已经涌现出 5个与之相关的诺贝尔奖 。中国科学家在超导领域的突破也 两次获得国家自然科学一等奖 以及 一次国家最高科学技术奖 。

1986年，科学家首次发现了 铜氧化物超导材料，并随后将其超导温度提高到液氮温区 （77开尔文，即零下196摄氏度），由于液氮的廉价和易得，铜氧化物高温超导材料在信息技术、生物医学、科学仪器、电力、交通运输等领域得到了广泛应用。

2008年，日本科学家在一种铁砷基材料中发现了超导现象。随后， 中国科学家合成了多种铁砷材料，并将其块材超导温度提高到最高55K，推动了其应用，但未能进入液氮温区 。

铜氧化物至今仍然是唯一液氮温区非常规超导材料。“科学家在铜氧化物超导电性研究中积累了大量实验现象和规律，然而与高温超导机理之间的因果关系仍然无法确定。”清华大学教授张广铭表示， 高温超导机理至今未解，成为近40年来物理学领域最重要的科学问题之一。

典型超导材料

而这一次， 中国科学家首次在液氮温区发现了镍氧化物超导体，开辟了全新的超导研究领域，将引领超导研究的方向。 下图展示的正是本次发现的“新星”—— 高温超导新材料La₃Ni₂O₇单晶样品。这根看似普通的料棒，蕴含着团队多年的心血与努力。

镍氧化物La ₃ Ni ₂ O ₇ 单晶

具体而言，研究人员 通过高压电阻和互感磁化率测量观察了La ₃ Ni ₂ O ₇ 单晶的超导特征，最大Tc为80K，压力在14.0−43.5 GPa之间 。高压下的超导相呈现出 Fmmm 空间群的斜方结构 ，其中Ni阳离子的3d _x 2 _−y 2和3d _z 2轨道与氧2p轨道强烈混合。密度泛函理论计算表明， 超导性的出现与费米能级下σ键带的金属化同时发生 ，该带由3d _z 2轨道和连接Ni-O双层的顶氧组成。因此，该发现 不仅揭示了Ruddlesden-Popper双层钙钛矿镍盐中高温超导性的重要线索，而且还提供了一个新的化合物家族来研究高温超导机制 。

图 1. 加压La ₃ Ni ₂ O ₇ 的结构表征

图 2. La ₃ Ni ₂ O ₇ 在1.6和29.5 GPa下的密度泛函理论计算

图 3. La ₃ Ni ₂ O ₇ 单晶在压力下的超导转变

图 4. La ₃ Ni ₂ O ₇ 单晶高温超导相图

值得一提的是，La₃Ni₂O₇的生长条件极为苛刻，其平均价态为2.5价，超出了传统的Ni正2价稳定价态，而且氧压范围非常窄。 研究团队花了两年多的时间，才摸索出了生长条件，获得了高质量的单晶样品 。

然而，没有人能够预料到这种新材料是否能带来新的突破。高温超导研究一直缺乏成熟的理论指导，存在很大的不确定性。

王猛教授坚信：基础研究就是为了解锁未知，而未知充满了不确定性。没有人知道这个研究的终点在哪里。

幸运的是，这一次团队取得了成功 。他们在中山大学高压实验研究平台、华南理工大学、中国科学院物理研究所和北京同步辐射装置进行了一系列实验研究，很快确定了La₃Ni₂O₇在高压下转变为超导体，并且超导转变温度高达80K（开尔文），处于液氮温区。

王猛说， 接下来还将对铜氧化物和镍氧化物高温超导体的共性开展研究，进一步推动高温超导机理的解决 。“一旦明确机理，便可以借助人工智能等技术设计新的高温超导材料，有望使零损耗的超导输电、更为轻便的核磁共振成像仪等成为现实”。

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