“非常規” 鎳基超導體令物理學家萬分激動

名叫鎳酸鹽的化合物能在高于絕對零度的溫度、常壓環境下零電阻地導電。

一類全新的超導體一鎳酸鹽一一讓物理學家萬分激動。實驗已經顯示，這類含有鎳的化合物能在相對較高的溫度（45K，即 、常壓環境下零電阻地傳輸電流。

位于中國深圳的的物理學家在鎳氧化物晶體薄膜中觀察到超導性的主要特征。該薄膜是在實驗室里生長而成的。他們的研究工作刊登于2025年2月17日的《自然》雜志上。

‘我們非常有希望能最終提高臨界溫度，讓這些材料在應用中發揮更大用處。”的物理學家李丹楓說道。鎳酸鹽如今加入了兩類陶瓷材料（銅基的銅酸鹽和鐵基磷族化合物），成為能在室溫下、最高達到 的溫度下工作的“非傳統超導體”。這個全新的數據能幫助物理學家解釋高溫超導體的工作原理，并最終設計出能在環境條件下工作的材料。這會讓諸如磁共振成像之類的技術從根本上變得更加便宜，更加高效。

非常規超導體是如何在更高的溫度下工作的？這在很大程度上依然是個謎團。另一方面，一些金屬在更低溫度或極端壓力下能夠零電阻地傳輸電流，這背后的機制從1957年起就被人類弄懂了。

“我見到中國研究者在日以繼夜地合成新的材料，企圖發現這些體系的新物理學原理。”

論時，能派上極大的用場，羅馬大學的物理學家莉利亞·博埃里（LiliaBoeri）說：“你擁有一個你可以在某種程度上實驗性地調節的體系，這個想法相當令人興奮。”

提高的溫度

2019年，李丹楓與同事發現一些細微跡象，暗示含有鎳的化合物的表現類似超導體一雖然是在極低的溫度下一從那時起，大家對于鎳酸鹽越來越興奮。這些材料與銅酸鹽的結構相似性令研究者提高了企盼，希望可以誘使鎳酸鹽在更高的溫度下零電阻導電。在2023年，實驗顯示另一類鎳基材料在較高溫度下能零電阻導電，不過實驗材料處在高壓之下。

2024年12月，加州斯坦福大學的科研人員第一次見到了環境氣壓下鎳酸鹽出現超導性的跡象。研究人員投入最新研究，發現鎳酸鹽晶體在臨界溫度下喪失電阻，驅逐磁場。

鎳酸鹽在到達臨界溫度時出現超導性，這個臨界溫度與銅酸鹽的臨界溫度相比，還相差一大截。的物理學家、本次研究的共同作者陳卓昱說，提高臨界溫度是“優先事項”。該研究團隊在嘗試各種不同的方法以改進材料生長的方式和它的精確成分。

他補充說，讓鎳酸鹽在常壓下能夠超導，就意味著可以更好地探查樣本，弄清電子的行為，使用那些在高壓下應用時會有挑戰性的方法。

全球推動

在過去兩年里，超導性已經在全球引起關注，但原因并不總是正確。這個研究領域因為一件科學丑聞而動搖，那時在紐約州羅切斯特大學工作的物理學家蘭加·迪亞斯（RangaDias）宣稱在室溫下實現超導，名聲大噪，后來被揭露學術造假，如今早已撤回論文。另一個被病毒式傳播的“大發現”是關于一種被命名為LK-99的材料—也有望成為一種室溫超導體一結果被發現研究存在瑕疵。

李丹楓說，這篇最新論文中的證據質量“絕對站得住腳”，其他研究者很可能在不久后復制實驗結果。“我見到中國研究者在夜以繼日地合成新的材料，企圖發現這些體系的新物理學原理。”

陳卓昱補充，全球各地的大型實驗室都在重新分配資源來研究鎳酸鹽。“這些熱火朝天的研究活動凸顯了研究群體的樂觀態度：鎳酸鹽也許藏有一把能統一各自相異的高溫超導性理論的鑰匙。”

資料來源Nature