中国超导 “登顶” 背后：常压零下 233℃镍氧化物超导缘何引领世界前沿？

科普中国 · 公众号 · 科学 · 2025-02-21 07:30

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有一种神奇的技术，能让电流传输时完全没有损耗，就像在一条没有摩擦力的高速公路上跑车，这就是超导技术。超导技术一直以来承载着人们对未来科技的美好幻想， 超导技术一旦突破温度限制，能源、信息与交通技术的代际跃迁将不可估量。 从无损耗输电到超高速列车，从更精准的医疗设备到强大的量子计算机，超导若取得突破，这些梦想都可能照进现实。

中国科学院院士、南方科技大学校长薛其坤接受深圳卫视科创最前沿采访时表示： “接近室温的长远下的超导是人类特别是物理学家的一个梦想” 。南方科技大学物理系副教授陈卓昱表示，在现在的低温条件下，超导体已经具有了相当程度的应用。例如在医院里的核磁共振成像设备中，所使用的磁体绝大部分都是超导磁体。 深圳的最高楼平安大厦也是用的高温超导电缆进行的输配电。

18 日， 由南方科技大学、粤港澳大湾区量子科学中心与清华大学联合组成的研究团队，在国际顶级学术期刊《自然》线上发表研究成果。 该成果实现了在常压环境下，镍氧化物材料的高温超导电性，超导起始转变温度突破 40 开尔文（K），相当于在零下 233 摄氏度常压环境下，可观测到“零电阻”和“抗磁性”的双重特征。这一成就让中国超导站在了世界前沿。这一成果为何能引领世界？笔者认为，主要有以下关键因素。

中国科学院院士薛其坤：

想玩瓷器活必须要有金刚钻！

超导自 1911 年被发现，因其零电阻特性，在能源传输、医疗、交通等领域潜力巨大。但传统超导体存在“麦克米兰极限”，仅铜基、铁基材料突破过，且其超导机理复杂。镍基超导材料近年来受关注，2019 年，美国科学家首次在镍基薄膜中观测到超导电性，但其超导温度较低。2023 年，我国科学家在超过十万个大气压的高压环境下，实现了镍基材料的液氮温区超导，在国际上引起广泛影响。然而， 如何摆脱高压限制、实现常压高温超导，成为全球科学家竞相追逐的目标。

“要想玩瓷器活，必须要有金刚钻。” 由薛其坤院士与陈卓昱副教授率领的研究团队迎难而上， 历时三年，依托全国产化设备，自主研发出“强氧化原子逐层外延”技术。 该技术在极强的氧化环境下，实现原子级精准组装，制备出镍氧化物薄膜材料，在常压下使镍基材料突破“麦克米兰极限”，为揭示高温超导机理提供新突破口，标志我国高温超导研究取得重大进展，也为未来实现液氮温区镍基超导带来新希望。

“关键的核心技术是买不来要不来的。 要达成国际合作，我们必须要走出一条路。 一旦走通了这些技术，国外有更好的技术也会对我们进行开放。”薛其坤院士表示，在实验材料的制备控制方面有了强大的自主能力，预示着国家材料的制备和给机理研究提供更多的样品，此研究会打开整个高温超导机理研究的新窗口，有可能对最后解决重要科学问题提供非常好的平台。从研究高温超导相关的中国科学意义上讲，可以说中国科学家已经成为世界最强的力量。

协同共进：

大湾区产业配套助力超导科研突破

粤港澳大湾区独特的产学研生态系统，在此次科研突破中发挥了不可替代的关键作用，成为推动中国超导研究走向世界前沿的重要引擎。

科研团队积极与本地高端装备制造企业展开深度合作，共同探索出一种创新的 “科研牵引 — 联合开发 — 迭代升级” 新型校企协同研发范式。 在研发过程中，面对超高真空、超强氧化环境、原子级沉积精度、高度自动化等一系列近乎苛刻的要求，科研团队充分发挥组织协调能力，迅速联合多家国产设备制造企业，组建了一支由材料科学家、精密机械工程师和自动化控制专家组成的跨领域联合技术组。

联合技术组在技术验证和科研应用的过程中，不断进行反复迭代。为了满足科研对设备的严格要求，他们对每一个技术细节都进行深入研究和优化。经过无数次的试验和改进，最终成功打造出全球首台兼具超强氧化氛围与原子级沉积精度的薄膜外延设备。这台设备的氧化效能相较于国际同类设备提升了上万倍，成为实现常压下镍氧化物高温超导的关键利器。

团队负责人陈卓昱副教授提到，这项技术的发展，离不开整个大湾区、整个国内的整个产业配套，这是他在回国以来感到特别吃惊的一点，在美国的时候，他并没有感受到产业界能够对这个科研有太多的支持，基本上就自己干自己的。但是回到国内之后，团队后背有整个产业链，有整个供应链，万千工程师支持协同攻关难题。

除了设备研发，本地企业还通过派驻技术人员与高校实验室建立起长期稳定的合作关系。这些技术人员能够实时掌握设备的运行状态，一旦设备出现故障，他们可以迅速响应，凭借专业知识和丰富经验快速完成维修或提供替代方案，最大程度地减少了设备停机时间，确保科研工作能够高效、持续地进行。

陈卓昱还一度为此感到惊讶， “我们经常是当天有什么问题，当天就有回应，就能当天就能开会，”这种伴随式、快速响应式的服务模式，不仅显著提升了设备的使用效率，还为设备的不断迭代升级提供了有力支持。在一次次的反馈和改进中，设备性能不断优化，达到了更高的运行水平。

这种产学研深度融合的模式，形成了一个高效的 “基础研究 — 技术攻关 — 产业支撑” 创新闭环。 科研成果为产业发展提供技术支撑，产业的反馈又推动科研进一步深入，实现了科研与产业的相互促进、共同发展，为中国超导研究提供了源源不断的动力和坚实的保障。

年轻团队激发科研活力

在这项具有世界影响力的科研成果背后，是一支充满朝气与创新精神的年轻团队，他们是中国超导研究引领世界前沿的重要力量。

团队负责人陈卓昱副教授年仅 35 岁，他对物理的热爱自幼便已扎根。凭借在广东省高中物理竞赛中获得第一名的优异成绩，他被保送进入清华大学物理系，接受了系统而扎实的物理专业教育。之后，他前往美国斯坦福大学深造，接触到国际前沿的科研理念和技术。三年前，陈卓昱怀着对家乡的深厚情感和对科研事业的满腔热忱，回到深圳任职于南方科技大学。在薛其坤院士的指导下，他勇敢地从零开始组建超导机理实验室，开启了高温超导研究的新征程。

整个研究团队主要由博士后和在读研究生组成，平均年龄仅 28 岁。这些年轻的科研人员正处于思维最为活跃、创造力最为旺盛的时期。他们不受传统科研思维的束缚，敢于突破常规，尝试各种新的研究方法和思路。在三年的科研攻关过程中，面对无数的困难和挑战，他们始终

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