新加坡国立大学的科学家合成了一种无铜超导氧化物，在环境压力下工作温度约为 40 K，使该领域超越了传统的氧化铜。这一突破加深了我们对非常规超导性的理解，并为节能电子产品开辟了新的可能性。
新加坡国立大学 (NUS) 物理系的 Ariando 教授和 Stephen Lin Er Chow 博士设计并合成了一种突破性的新材料——一种无铜超导氧化物，在环境压力下，可在约 40 开尔文 (K) 或约零下 233 摄氏度 (摄氏度) 下实现超导。这一发现进一步提升了新加坡国立大学和新加坡在高温超导研究领域的领先地位。
1987 年，氧化铜超导性被发现并获得诺贝尔物理学奖。近四十年后，新加坡国立大学的研究人员现在又发现了另一种高温超导氧化物，这拓展了人们对氧化铜以外非常规超导性的理解。
现代电子设备在运行时会产生热量并消耗能量。然而，超导体具有一种称为零电阻状态的独特特性，可以消除电阻造成的能量损失。从理论上讲，这使它们成为现代电子应用的理想选择，可以满足世界日益增长的能源需求。
Ariando 教授（中）与 Stephen Lin Er Chow 博士（最右）和 Zhaoyang Luo（最左）是设计新型无铜超导材料的研究团队成员。图片来源：新加坡国立大学理学院
尽管已经发现了数千种超导材料，但绝大多数只能在接近绝对零度（0 K）或约零下 273 摄氏度的极低温度下发挥作用，因此无法广泛使用。
近 40 年前，物理学家约翰内斯·贝德诺茨和卡尔·穆勒发现了一类新型超导材料：氧化铜。这些材料在 30 开尔文以上的温度下表现出超导性，远高于当时任何已知的超导体。
他们的突破性发现为他们赢得了诺贝尔物理学奖，标志着高温超导研究的开始。即使在今天，氧化铜仍然是唯一已知的在常压下在 30 K（约 −243°C）以上表现出超导性的氧化物材料，无需外部晶格压缩。
在一系列研究中，Ariando 教授和 Chow 博士建立了层状材料层间相互作用与其超导转变温度之间的直接联系。
利用这一见解，他们开发了一个现象学模型，预测了几种潜在的高温超导体，类似于氧化铜，但不含铜。
在这些预测材料中，该团队成功合成了一种氧化镍化合物 (Sm-Eu-Ca)NiO₂，并证实它在远高于 30 K 的温度下表现出零电阻，这是超导性的明显证据。
发现超导氧化物及其在常压下的临界温度。图片来源：新加坡国立大学
周博士表示：“正如我们预测和设计的那样，这种非铜基超导氧化物在海平面大气压下表现出高温超导性，无需额外压缩——就像氧化铜一样。这一发现表明，非常规高温超导性并非铜独有，而可能是元素周期表中更普遍的性质。”
阿里安多教授补充道：“这一观察对于更广泛的超导材料及其在现代电子领域的实际应用的理论理解和实验实现都具有深远的意义。”
该项研究突破于2025年3月20日发表在科学期刊《自然》上。
阿里安多教授强调说：“这是自诺贝尔奖获奖以来首次发现无铜高温超导氧化物在常压下发挥作用。此外，这种新材料在环境条件下高度稳定，大大提高了其可及性。”
这一发现引起了人们日益增长的兴趣，不仅是对材料本身的兴趣，而且对新型高温超导体的更广阔潜力的兴趣。
研究团队继续研究该材料的独特性质，探索电子占据率变化和静水压力等调节参数。这些努力旨在加深对高温超导机制的理解，为合成具有更高工作温度的更广泛的超导体铺平道路。
这项工作的另一位贡献者是研究团队的新加坡国立大学博士生赵阳罗先生，他利用电子显微镜展示了合成材料的高结晶度和纯相性质。
这一突破代表着我们朝着下一代超导材料的发展迈出了重要一步，它可实际应用于现代电子和节能技术。
编译自/ScitechDaily