在量子科技的星辰大海中，高温超导研究始终是最耀眼的灯塔之一。自 1911 年荷兰物理学家昂内斯发现超导现象以来，人类从未停止对更高温度超导材料的追寻。2025 年 2 月，中国科研团队在《自然》杂志发表的重磅成果，为这场跨越百年的科学探索注入了强劲动力 —— 首次在常压环境下实现镍氧化物高温超导，起始转变温度突破 40 开尔文（-233°C），标志着我国在高温超导领域实现了从跟跑到领跑的战略跨越。

常压超导的里程碑突破

这项由南方科技大学薛其坤院士领衔，清华大学、粤港澳大湾区量子科学中心联合攻关的成果，创造了镍基材料超导研究的新高度。研究团队在 La₂.₈₅Pr₀.₁₅Ni₂O₇双层镍氧化物薄膜中，观测到零电阻（20K 以下趋近于零）和迈斯纳抗磁性（8K 时完全抗磁）的双重超导特征，首次在镍基材料中建立起完整的超导实验证据链。这一温度不仅突破了传统超导体的 "麦克米兰极限"，更使镍基材料成为继铜基、铁基之后第三类常压高温超导体系。

实现这一突破的关键，在于团队自主研发的 "强氧化原子逐层外延技术"。这项被审稿人称为 "氧化物薄膜生长技术革命" 的创新方法，如同在纳米尺度进行精密的 "原子积木搭建"。研究人员在 3-5Pa 臭氧与 7Pa 氧气构成的超强氧化环境中，通过激光烧蚀靶材实现原子级精度的薄膜生长，将原本需要极高压才能稳定的原子结构成功 "固定" 在常压环境下。经过 1000 多片样品的反复优化，最终获得的薄膜界面粗糙度小于 0.3nm，晶体质量显著优于国际同类研究。

自主技术体系的构建之路

在这项突破性研究背后，是我国超导材料制备技术从依赖进口到全面自主的艰辛跨越。研究团队联合国内设备企业，研发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，其氧化效能较国际同类设备提升上万倍。该设备集成了自主设计的等离子体源和原位 RHEED 监控模块，实现了从真空环境控制到薄膜生长的全流程国产化，彻底打破了高端超导材料制备设备的国际垄断。

技术创新不止于设备层面。研究人员通过 "界面工程" 策略，在 SrLaAlO₄衬底上外延生长 3 个晶胞厚的薄膜，引入约 2% 的面内压缩应变；同时通过 Pr 替代 La 实现电子掺杂，这种 "原子铆钉术" 成功调控了材料的电子结构。电子科技大学乔梁教授团队的平行研究进一步证实，优化后的无限层镍基超导体 Nd₀.₈Sr₀.₂NiO₂在经历十次氧化还原循环后仍保持超导特性，颠覆了此前认为镍基材料结构亚稳的传统认知。

科学机理的全新探索

镍基超导的常压突破，为破解高温超导这一世纪难题提供了关键样本。与铜基、铁基超导材料相比，镍基材料展现出独特的电子结构特征 —— 镍离子呈现罕见的 + 2.5 价态，与铜离子的 + 2 价形成鲜明对比，这一差异挑战了传统的超导理论框架。中科院苏刚团队提出的 "层间反铁磁耦合驱动 s 波超导" 机理，为理解这种新型超导现象提供了全新视角。

中山大学姚道新团队建立的 "双层镍氧超导体 11 轨道模型"，精准复现了实验观测到的费米面结构，并预测通过进一步优化掺杂浓度，超导转变温度可接近 80K（液氮温区）。复旦大学赵俊教授团队在三层镍氧化物 Pr₄Ni₃O₁₀单晶中的研究则发现，通过化学压力和晶格调控，超导临界温度可突破 40K，且超导体积分数达到 88%，首次在镍氧化物中实现块体超导。这些多维度的研究共同构建起镍基超导的理论研究体系。

应用前景与技术辐射

尽管 40K 的超导温度距离室温仍有差距，但常压环境的突破已为实际应用打开了关键缺口。若能进一步将温度提升至 77K 的液氮温区，超导技术的应用门槛将大幅降低。在电力传输领域，超导电缆可实现近乎零损耗的电力输送，按我国年发电量计算，每年可节省 4 万亿度电力；在医疗领域，基于高温超导的 MRI 设备将显著提升成像精度并降低能耗；在量子计算领域，超导量子比特将获得更稳定的工作环境，推动量子计算机的实用化进程。

更具战略意义的是 "强氧化原子逐层外延" 技术的辐射效应。这项技术不仅适用于超导材料，还成功解决了宽禁带半导体等氧化物的缺氧难题，为半导体、传感器等领域提供了全新的制备方案。国产设备已成功应用于 GaN 等宽禁带半导体的高质量外延，展现出从超导材料向整个量子材料领域的技术溢出效应。

材料现状与未来挑战

客观而言，当前的镍基超导材料并非终极方案。40K 的临界温度虽具里程碑意义，但距离液氮温区仍有提升空间；纳米级薄膜的制备工艺虽已突破，但量产良率不足 30%，每克 500 美元的制备成本也制约着商业化进程。这些挑战恰恰指明了未来的研究方向 —— 通过理论指导下的材料设计优化，提升超导温度；通过工艺创新降低制备成本；通过结构调控增强材料稳定性。

值得关注的是，这项成果由平均年龄仅 28 岁的团队完成，核心成员以博士后和研究生为主。他们通过南科大、清华、大湾区量子中心的跨单位协作，在新型有组织科研模式下实现了从技术突破到科学发现的全链条创新。这种年轻团队 + 协同创新的模式，为我国高温超导研究的持续突破奠定了人才基础。

国际竞争与未来展望

在镍基超导这一前沿领域，国际竞争异常激烈。美国斯坦福大学团队几乎同期发表类似成果，但中国团队在技术自主性和材料质量上更具优势 —— 制备的薄膜载流子迁移率比斯坦福样品高 3 倍，且完全基于国产设备完成。这种 "并行突破" 中的领先态势，凸显了我国在该领域的原创能力。

按照中国 "超导 2030" 专项计划，未来五年将重点支持镍基材料向液氮温区突破，目标实现小规模应用；2030-2040 年推动超导电缆、磁悬浮列车等进入示范应用阶段；长远来看，若室温常压超导材料实现突破并量产，将彻底重塑能源、交通、计算等产业格局。正如薛其坤院士所言："镍基超导的发现为破解高温超导机理这一世纪难题提供了新钥匙，这把钥匙或许能打开整个高温超导研究的新窗口。"

从实验室的精密测量到未来产业的深刻变革，镍基材料常压高温超导的突破既是科学探索的里程碑，更是技术创新的新起点。在这场量子材料的全球竞赛中，中国科研团队正以自主创新的坚定步伐，书写着高温超导研究的新篇章，为人类社会的可持续发展注入量子科技的强劲动力。