在凝聚態(tài)物理領(lǐng)域，高溫超導(dǎo)研究始終占據(jù)核心地位。繼銅基和鐵基高溫超導(dǎo)體之后，鎳基材料因其獨(dú)特的物理特性，被視為探索高溫超導(dǎo)機(jī)制的新突破口。然而，鎳基超導(dǎo)材料的制備面臨一個(gè)關(guān)鍵難題：實(shí)現(xiàn)高度氧化狀態(tài)所需的極端條件與晶格穩(wěn)定生長之間存在難以調(diào)和的熱力學(xué)矛盾。

為突破這一瓶頸，由南方科技大學(xué)、粵港澳大灣區(qū)量子科學(xué)中心與清華大學(xué)聯(lián)合團(tuán)隊(duì)，攜手中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)科研人員，開發(fā)出名為"強(qiáng)氧化原子逐層外延"的創(chuàng)新技術(shù)。該技術(shù)通過創(chuàng)造極端非平衡生長環(huán)境，使薄膜在沉積過程中同步完成結(jié)構(gòu)構(gòu)建與深度氧化，為精確控制原子堆疊序列提供了可能。

基于這項(xiàng)突破性技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)成功合成三種新型鎳基超結(jié)構(gòu)材料：單層-雙層、單層-三層及雙層-三層超結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，前兩種材料在常壓條件下展現(xiàn)出高溫超導(dǎo)特性，起始轉(zhuǎn)變溫度分別達(dá)到50開爾文和46開爾文，均超越傳統(tǒng)超導(dǎo)理論預(yù)測(cè)的"麥克米蘭極限"。而第三種結(jié)構(gòu)僅表現(xiàn)出金屬導(dǎo)電性，未出現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象。

通過角分辨光電子能譜與原子級(jí)結(jié)構(gòu)控制的結(jié)合研究，科研人員發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)與非超導(dǎo)結(jié)構(gòu)的電子能帶存在顯著差異。在具有超導(dǎo)特性的材料中，布里淵區(qū)頂角附近均形成由γ能帶構(gòu)成的費(fèi)米口袋；而在非超導(dǎo)材料中，該能帶未能形成類似的電子結(jié)構(gòu)特征。這一發(fā)現(xiàn)首次從實(shí)驗(yàn)層面證實(shí)了原子堆疊方式、電子能帶結(jié)構(gòu)與超導(dǎo)性能之間的直接關(guān)聯(lián)。

該研究不僅為理解鎳基高溫超導(dǎo)機(jī)制提供了關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)證據(jù)，更通過識(shí)別影響超導(dǎo)發(fā)生的"電子特征標(biāo)記"，為后續(xù)材料設(shè)計(jì)開辟了新路徑。相關(guān)成果已發(fā)表于國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》，標(biāo)志著我國在新型超導(dǎo)材料探索領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。