中国超导团队：“两手抓”，“两手都硬”中国科学报

11月22日凌晨，“正式接收”的字样在屏幕上亮起。张俊杰平静地关闭了邮件。这场历时近一年的投稿“马拉松”终于冲过终点——两次被拒、两次申诉、五轮修改。

“越修改越坚信，这项成果达到了《自然》的水准。”这是张俊杰“过关斩将”的信心。

张俊杰在工作

近日，山东大学晶体材料全国重点实验室教授张俊杰、陶绪堂团队牵头，联合北京高压科学研究中心、中国科学院物理研究所、国家纳米科学中心、芝加哥大学等多个团队的研究开花结果，在线发表于国际顶级学术期刊《自然》。他们不仅在全球首次实现镍基高温超导单晶的常压制备，更将超导转变温度提升至96开尔文，刷新了该体系的世界纪录。

国际知名超导专家评价称：“这是一项里程碑式的发现！超导转变温度达到了前所未有的高度，为镍基高温超导研究打开新的窗口。”

张俊杰（前）与团队成员讨论测试结果

常压下，镍基单晶竟能“生长”？

高温超导机理被《科学》列为“125个未解决的关键科学问题”之一。自1986年铜氧化物超导体发现以来，全球科学家已在这一谜题上探索了近40年。超导体在临界温度下呈现的零电阻和完全抗磁性，一旦实现室温应用，将彻底改变能源传输、医疗成像等众多领域。

镍基氧化物是高温超导领域一个重要的新兴材料体系。2019年，美国斯坦福大学团队首次报道了无限层锶掺杂钕镍氧化物薄膜15开尔文的超导电性，引起了全世界的关注，但也迅速暴露出其“高门槛”特性——仅在薄膜中出现超导,是否存在体块超导仍然是个重要的前沿科学问题。

“它的单晶制备极具挑战性：先要在300个大气压以上的高压浮区炉中制备母相单晶，之后需要进行拓扑还原。”张俊杰指出，“一台300个大气压的高压浮区炉售价超过1000万元，大部分实验室不具备条件。”

2019年，通过国家级青年人才计划回国的张俊杰，正式加入山东大学并组建团队。基于自己曾在美国从事多年的镍基氧化物材料研究，积累了丰富制备与物性研究经验，他决定迎难而上，聚焦于镍基高温超导这一前沿研究。

起步阶段困难重重。他们面临的第一个巨大挑战是样品制备。

张俊杰（中）与团队成员讨论晶体生长

“我们选择了常压制备路径，目标是在常压下生长出高质量的镍基氧化物单晶，从而绕开昂贵复杂的高压设备，打破样品制备的瓶颈。”张俊杰对《中国科学报》说。

而助熔剂的选择成为打通常压制备路径的关键。

此前，国内外未有常压下生长Ruddlesden-Popper层状镍基氧化物单晶的报道。张俊杰带着团队进行了近三年的摸索。他们尝试了氧化钼、氧化碲、氯化钠、强碱等各种常见助熔剂体系，最后也只能得到粉末状产物的实验结果，晶粒尺寸小于1微米。

“每次实验，就像在黑暗中凿壁，前面永远没有光。”文章第一作者、博士生李飞宇回忆道。一次次数周的努力，换来的总是失望。

转机出现在2022年暑假。那时，正在查阅文献的李飞宇偶然看到，美国南卡莱罗纳大学教授zur Loye团队在生长稀土铑氧化合物晶体时使用了碳酸钾作为助熔剂。

“那一刻我的心脏猛跳了一下——虽然材料体系不同，但都属于过渡金属氧化物，化学环境有相似性。我马上把文献发给了张老师，当时心里也没底，怕又是一个不切实际的幻想。”李飞宇回忆。

“那是一种在漫长跋涉后，突然看到远处有微光闪烁的感觉。”张俊杰认为碳酸钾助熔剂非常值得尝试，并让李飞宇抓紧进行实验。

在一次次的反复实验调整下，一个多月后，他们终于在显微镜下首次观察到“亮晶晶、有规则晶面”的晶体。

“这证明碳酸钾助熔剂的选择成功了！”李飞宇高兴坏了！此时，走向常压生长高质量层状镍氧化物单晶的大门向着他们打开了。

2023年7月，张俊杰为这一核心技术申请了国家发明专利。同月，中国科研团队报道了双层镧镍氧化合物在高压下接近80开尔文的超导迹象，这迅速引起了全世界的广泛关注。张俊杰团队常压制备稀土镍氧化物的成功，不仅大幅降低了技术门槛和成本，使更多机构得以参与研究，也为整个领域提供了可复制的技术路线与新思路。

张俊杰（左二）与团队成员讨论实验进展