清华/中科大/南科大《Science》：镍基高温超导机理研究中取得关键突破！

近日，我国科学家在凝聚态物理领域的“世纪难题”——高温超导机理研究中取得关键突破。日前，国际学术期刊Science在线发表南方科技大学、粤港澳大湾区量子科学中心、清华大学薛其坤-陈卓昱团队与中国科学技术大学何俊峰课题组合作的最新成果：首次在镍基高温超导薄膜中直接观测到无节点超导能隙，并发现了电子-玻色子耦合现象。这一发现为“超导能隙对称性”和“超导配对机制”这两个高温超导核心问题提供了重要实验证据，为深入理解高温超导机理奠定了关键实验基础，并将有望推动超导技术更广泛的应用。

超导现象自1911年被发现以来，因其极限电磁性能，一直是国际科学界的研究焦点。传统超导体转变温度极低、应用受限，因此探索高温超导材料、揭示其形成机理，成为该领域的核心命题。过去一个世纪，铜基与铁基两类高温超导材料相继问世，但其机理经数十年探索仍悬而未决。近期，镍基高温超导材料的出现，为破解这一世纪难题带来新的契机。因此，率先获得镍基高温超导机制的关键实验证据成为全球科学家的最新竞技场。

近年来，薛其坤-陈卓昱团队连续攻坚，取得了一系列重要成果：团队首先发展了“强氧化原子逐层外延”（GAE）技术，攻克了复杂氧化物原子级制备的难题（2024年11月发表于《国家科学评论》）；随后，在镍氧化物薄膜中实现了常压高温超导（2025年2月发表于《Nature》）；并将双层镍氧化物薄膜在常压下的超导起始转变温度提升至60K以上（2026年3月发表于《国家科学评论》）；团队进一步构筑了系列高温超导人工超结构（2026年4月发表于《Nature》）。此次，中国科大-南科大联合团队在《Science》期刊发表的成果，在Ruddlesden-Popper相双层镍氧化物高温超导薄膜中揭示了“无节点超导能隙”和“电子-玻色子耦合”现象，为“超导能隙对称性”和“超导配对机制”这两个高温超导核心问题的理解提供了关键实验证据。这与前述材料及技术上的系列突破互为支撑，全方位展现了从“首创新技术”、“发现超导材料”、“提升超导温度”到“解密物理机制”的系统性攻关格局。

超导能隙的对称性，是理解超导本质的核心。电子在超导体中两两配对，犹如跳双人舞——传统超导体跳的是"圆舞曲"，电子无论朝哪个方向都"手拉得一样紧"，能隙处处不为零，即s波对称性；铜基高温超导体则更像"探戈"，在某些特定方向上电子会"松手"、能隙归零，留下所谓"节点"，对应d波对称性。能隙有无节点，是判别高温超导物理属性的关键指标。此项研究首次在RP双层镍基高温超导薄膜中给出明确答案：其超导能隙没有节点，更符合s波（或s±波）对称性。这意味着，同为高温超导，镍基与铜基的配对机制也许并非一脉相承。

图1无节点超导能隙的发现

电子如何配对，是破解高温超导之谜的又一关键。电子本身带负电、彼此相斥，要让它们克服斥力结伴起舞，理论上有两类机制：一类无需"中间人"，电子在特殊环境中自行配对（如共振价键理论）；另一类则需要某种玻色子充当媒介、牵线搭桥传递吸引力。研究团队在实验中捕捉到一个关键的谱学信号——"能带扭折"：原本平滑的电子能量曲线在费米能级以下约70 meV处出现明显拐点，正是电子与玻色子耦合留下的"指纹"，证实镍基高温超导中存在电子-玻色子耦合，强烈提示其电子配对很可能由"中间人"促成。下一步，确认这位"中间人"究竟是哪种玻色子，或将成为最终阐明高温超导物理机制的关键所在。

图2电子-玻色子耦合的发现

该项成果是跨地域协同科研攻关生动写照。为了克服超导薄膜在室温真空中极易失氧而失去超导性的技术“卡点”，两校团队打破壁垒、不分彼此：南科大团队在深圳负责优化生长获得高质量薄膜样品；中国科大团队与南科大团队联合研发了超高真空低温淬火与样品传输新技术；最终，团队成功跨越1200多公里，将超导薄膜样品从深圳无损转移至合肥，运用中国科大研制的高分辨率激光角分辨光电子能谱进行高精度电子结构测量，并进一步结合上海同步辐射光源形成完备测量。这种跨越深圳、合肥、上海多地的大协作，将最顶尖的材料制备、设备研发与大科学装置精准结合，展现了中国基础科研集中力量办大事的显著优势。

论文由薛其坤院士、中国科大何俊峰教授与南科大陈卓昱副教授共同领衔通讯作者。中国科大沈建昌、南科大/量子中心周广迪、中国科大缪宇、粤港澳大湾区量子科学中心李鹏与中国科大欧志鹏五位青年研究人员为共同第一作者，主导了本次实验突破。该研究得到科技部、教育部、基金委等项目支持。

论文链接：https://doi.org/10.1126/science.adw8329

本文来自南方科技大学。

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