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新加坡國立大學 (NUS) 物理系的 Ariando 教授和 Stephen Lin Er Chow 博士設計并合成了一種突破性的新材料——一種無銅超導氧化物，在環境壓力下，可在約 40 開爾文 (K) 或約零下 233 攝氏度 (攝氏度) 下實現超導。這一發現進一步提升了新加坡國立大學和新加坡在高溫超導研究領域的領先地位。

1987 年，氧化銅超導性被發現并獲得諾貝爾物理學獎。近四十年后，新加坡國立大學的研究人員現在又發現了另一種高溫超導氧化物，這拓展了人們對氧化銅以外非常規超導性的理解。

現代電子設備在運行時會產生熱量并消耗能量。然而，超導體具有一種稱為零電阻狀態的獨特特性，可以消除電阻造成的能量損失。從理論上講，這使它們成為現代電子應用的理想選擇，可以滿足世界日益增長的能源需求。

Ariando 教授（中）與 Stephen Lin Er Chow 博士（最右）和 Zhaoyang Luo（最左）是設計新型無銅超導材料的研究團隊成員。圖片來源：新加坡國立大學理學院

盡管已經發現了數千種超導材料，但絕大多數只能在接近絕對零度（0 K）或約零下 273 攝氏度的極低溫度下發揮作用，因此無法廣泛使用。

近 40 年前，物理學家約翰內斯·貝德諾茨和卡爾·穆勒發現了一類新型超導材料：氧化銅。這些材料在 30 開爾文以上的溫度下表現出超導性，遠高于當時任何已知的超導體。

他們的突破性發現為他們贏得了諾貝爾物理學獎，標志著高溫超導研究的開始。即使在今天，氧化銅仍然是唯一已知的在常壓下在 30 K（約 −243°C）以上表現出超導性的氧化物材料，無需外部晶格壓縮。

在一系列研究中，Ariando 教授和 Chow 博士建立了層狀材料層間相互作用與其超導轉變溫度之間的直接聯系。

利用這一見解，他們開發了一個現象學模型，預測了幾種潛在的高溫超導體，類似于氧化銅，但不含銅。

在這些預測材料中，該團隊成功合成了一種氧化鎳化合物 (Sm-Eu-Ca)NiO?，并證實它在遠高于 30 K 的溫度下表現出零電阻，這是超導性的明顯證據。

發現超導氧化物及其在常壓下的臨界溫度。圖片來源：新加坡國立大學

周博士表示：“正如我們預測和設計的那樣，這種非銅基超導氧化物在海平面大氣壓下表現出高溫超導性，無需額外壓縮——就像氧化銅一樣。這一發現表明，非常規高溫超導性并非銅獨有，而可能是元素周期表中更普遍的性質。”

阿里安多教授補充道：“這一觀察對于更廣泛的超導材料及其在現代電子領域的實際應用的理論理解和實驗實現都具有深遠的意義。”

該項研究突破于2025年3月20日發表在科學期刊《自然》上。

阿里安多教授強調說：“這是自諾貝爾獎獲獎以來首次發現無銅高溫超導氧化物在常壓下發揮作用。此外，這種新材料在環境條件下高度穩定，大大提高了其可及性。”

這一發現引起了人們日益增長的興趣，不僅是對材料本身的興趣，而且對新型高溫超導體的更廣闊潛力的興趣。

研究團隊繼續研究該材料的獨特性質，探索電子占據率變化和靜水壓力等調節參數。這些努力旨在加深對高溫超導機制的理解，為合成具有更高工作溫度的更廣泛的超導體鋪平道路。

這項工作的另一位貢獻者是研究團隊的新加坡國立大學博士生趙陽羅先生，他利用電子顯微鏡展示了合成材料的高結晶度和純相性質。

這一突破代表著我們朝著下一代超導材料的發展邁出了重要一步，它可實際應用于現代電子和節能技術。

編譯自/ScitechDaily