“液氮温区镍氧化物超导体首次发现”入选两院院士评选的2023年中国十大科技进展新闻

Jan 12 2024

       由中国科学院、中国工程院主办,中国科学院学部工作局、中国工程院办公厅、中国科学报社等单位承办的中国科学院院士和中国工程院院士投票评选的2023年中国十大科技进展新闻于2024年1月11日揭晓。我校物理系张广铭教授与中山大学王猛教授的实验团队合作完成的“液氮温区镍氧化物超导体首次发现”入选“2023年中国十大科技进展新闻”。此项年度评选活动至今已举办了30次。评选结果经新闻媒体广泛报道后,在社会上产生了强烈反响,使公众进一步了解国内外科技发展的动态,对普及科学前沿知识起到了积极作用。

       超导材料因在能源、信息、医疗、精密测量等方面的重大应用价值一直是近百年来物理学最重要的研究方向之一。超导临界温度达到液氨温区(高于77开尔文) 是衡量超导材料应用潜力的重要标志。铜氧化物超导电性于1986年被发现,1987年超导临界温度被提高到液氮温区。然而,在此后的37年时间里铜氧化物一直是唯一在液氮温区表现出超导性的非常规超导体系,其高温超导机理尚未破解成为物理界一大悬而未决的重大科学难题。

       清华大学物理系张广铭教授与中山大学王猛教授领导的实验研究团队独辟蹊径,深度合作,通过光学浮区法生长单晶样品,结合高压实验技术在镍氧化物(La3Ni2O7) 中发现了14.0 GPa压力诱导的结构相变和超导电性,确定最高超导临界温度接近80开尔文。通过密度泛函理论计算发现镍离子的3dx2-y2和3dz2轨道与氧的2p轨道杂化、压力下费米能级以下的3dz2轨道金属化与超导电性同时发生,并提出一种微观电子排布方式理解其超导特性。这是由我国科学家率先独立发现的全新高温超导体系,使镍氧化物成为人类第二个达到液氮温区的非常规超导体系,为探索新的高温超导材料提供了新的思路,也为破解高温超导机制提供了新的材料体系。这一研究成果是中国基础研究领域的重要突破,将使设计、预测高温超导材料成为可能,有望推动高温超导在信息技术、工业加工、电力、生物医学和交通运输等领域实现更广泛的应用。相关研究论文于2023年9月21日发表在国际顶级学术期刊《自然》,Nature 621, 493-498 (2023)。