热点关注 | 发现全新高温超导体后，中大教授王猛有两个新目标

　　中山大学南校园的中轴线上，有一座近百年历史的哲生堂。这座红砖绿瓦、古色古香的建筑里，物理学院副院长王猛正在进行一项超前的工作：合成一种镍氧化物（La₃Ni₂O₇），研究全新高温超导体系。

中山大学哲生堂。

　　“我们正在合成镍氧化物，5个小时过去了，它只‘长’了一厘米。”站在实验室高温高压光学浮区炉前，王猛说，在率先独立发现全新高温超导体系后，国内外科研团队纷纷提出了实验材料申请，需求量大增。

　　7月12日23时，国际顶级学术刊物《自然》杂志在线发表了王猛团队研究成果：人类首次在镍氧化物中发现了达到液氮温度的超导电性，也是目前发现的第二种液氮温区非常规超导材料，实现了国际物理学界37年来的新突破。

　　“我们的运气比较好，偶然性本来就是科学的无穷魅力。”谈及这一成果，王猛笑着说，很多重要的科学发现其实都有偶然性，但偶然性的背后也存在必然性，就是要有大量探索工作，有许许多多小的成果和发现的积累。

镍氧化物单晶样品。

　　科学研究常常“无心插柳柳成荫”

　　南方+：1986年荷兰科学家发现铜氧化物超导体那年，你刚刚出生。37年后，你和团队在这个领域取得新突破，有什么感受？

　　王猛：能够取得这样的突破成果，我们还是挺幸运的！37年这个时间点，应该说是巧合。但在科学史上，很多重要的科学发现都有偶然性，因为基础研究没有标准答案，标准答案要在科学家的自由探索中产生。

　　15年前，日本科学家细野秀雄发现铁基超导体，他的本意是研究透明导电材料，却意外地发现了第一个以铁为超导主体的化合物（LaFeOP），从而推翻了铁磁性与超导不相容的旧认识。这个成果被《科学》杂志评选为当年“世界十大科技进展”之一。

　　科学研究常常“无心插柳柳成荫”。基础研究探索的是人类知识的边缘，大自然的很多规则超出现有认知，没有方向指引，没有既定目的地，但这也正是科学的魅力所在。

王猛团队实验室张贴的样品图片和成果论文。

　　南方+：大家都很感兴趣，怎么找到具备高温超导电性镍氧化物的？

　　王猛：自1911年荷兰科学家发现汞的零电阻现象以来，超导研究已有百余年历史。超导的实现需要极低的温度，即超导转变温度，为了更好地利用超导材料，科学家一直在苦苦寻找超导转变温度更高的超导体。直到1986年，科学家在一种铜氧化物材料中发现了35K（开尔文）的超导电性，随后被包括中国科学家在内的多国科学家将超导转变温度提高到90K以上，超过液氮温度77K。液氮的成本很低，大大拓宽了超导材料的实际应用场景。

　　发现铜氧化物超导体之后，科学家们继续寻找与铜在元素周期表相近的物质，希望能找到第二种液氮温区非常规超导材料。镍氧化物并不神秘，之前很多科学家也在做实验，但可能因为材料纯度、大气压强以及实验条件等，都没能得到我们发现的实验结果。

　　说这次发现有偶然性，是因为三年多前我们启动研究时，就直接把目标锁定在了镍氧化物。镍氧化物的种类很多，大概有90多种，但我们最终选定了9种进行实验，最后发现了La₃Ni₂O₇单晶在压力下实现超导，转变温度达到液氮温区，高达80K。

　　南方+：这一发现，哪几个环节最为关键？

　　王猛：我想有三个环节非常关键：第一步是选定了镍氧化物作为研究对象，第二是在实验室合成了高质量的单晶样品，第三步是放在14GPa（吉帕）的环境下测量发现超导电性。三个关键步骤，步步有偶然，步步有突破，最终才能意外地收获惊喜。

用于合成镍氧化物的科研仪器。

　　南方+：偶然的背后是否也有必然？

　　王猛：当然有。必然性首先体现在“硬核”的科研设备支撑。几年来，中山大学物理学院建立了公共科研平台，向不同的课题组开放共享，其中不乏性能国际领先的仪器设备。我们在此次研究中用来合成镍氧化物的高温高压光学浮区炉，是比较昂贵的，也是非常关键的。没有这台仪器，后续的研究便是空中楼阁，无从谈起。

　　其次，重大发现的前提是大量探索性的工作。研究过程中我们不断取得小的成果和发现，像在去年合成出高质量的La₃Ni₂O₇单晶样品，并在国际上率先进行系统研究，相关成果就发表在国内顶级学术期刊《中国科学》（英文版）上。这些小的成果和发现，对于团队来说也是一种激励和鼓舞。

　　再次就是国内科研团队之间的合作。研究中，我们不仅与中山大学校内专家、平台合作，如依托中山大学国家超级计算广州中心进行理论计算工作，而且与华南理工大学、中国科学院物理研究所、北京同步辐射装置等高校院所合作，借助他们的平台、设备，全面测得了这种镍氧化物实现超导的数据，为进一步研究奠定了基础。在理论上我们也与清华大学、中山大学等高校的专家合作。

　　这也充分说明了科研要聚八方之智。而在这方面，我国明显有着科研联合攻关的制度优势。

参与本次研究的部分科研人员合影。

　　开启超导新的研究路径

　　南方+：可以说，在镍氧化物中发现高温超导电性，开启了超导研究的新路径。你的下一个目标是什么？

　　王猛：在超导研究领域，我一直有两个明确目标：在材料研究方面希望突破常压下的镍氧化物超导和实现更高的超导转变温度，在机理研究方面希望推动高温超导机理的解决。

　　镍氧化物高温超导体的发现，为学界开启了新的研究路径，也受到了广泛关注。目前已有北京大学、浙江大学、南京大学、中科院物理所、中国科学技术大学等高校院所申请对样品进行合作研究。在正式发表前的审稿阶段，文章在科研论文预印平台公布，在一个月左右的时间里已有10余篇理论和实验文章相继发表。可以预见，镍氧化物高温超导研究将迎来新一波热潮。

　　南方+：超导为什么这么“火”？

　　王猛：因为机理未知，高温超导一直是国际物理学界的研究热点，十分迷人。我有时鼓励学生：如果想拿诺贝尔奖，就做超导研究。目前在这一领域已产生5个诺贝尔奖，中国科学家也因超导领域的突破两次获得国家自然科学一等奖、一次国家最高科学技术奖。

　　南方+：可以畅想一下，未来的应用空间是否更广阔？

　　王猛：高温超导应用前景广阔，基础研究的重大突破有望给人们生活带来重大改变：高速磁悬浮列车、核磁共振功能成像等便用到了超导体完全抗磁性和零电阻的特征；商用超导电缆、超导磁储能、超导强磁体电磁感应加热……一旦实现技术突破，超导材料应用有着极大想象空间。

　　现在我们到医院做核磁共振，机器上有一大圈包裹，其工作原理就是液氦降低温度，从而实现超导，对身体进行检查。假如有一天我们能实现室温超导，那就不用氦降温了，只需要一圈金属丝，就能实现同样的效果，成本会大幅降低。所以，超导研究的每一步进展，都可能给人类的生活带来翻天覆地的改变。

　　一手研究要掌握在中国人自己手中

　　南方+：你之前在吉林大学、中科院求学，7年前在海外深造回国后选择加入中山大学。是什么让你选择了广东？

　　王猛：当时我在国外开展博士后研究，面临找工作的问题。了解到国家正在广东东莞建设中国第一个散裂中子源，而且进展顺利，多选题瞬间变成了单选题——去中山大学，做中子散射。

　　我出国之前，我国并不具备中子散射研究的实验条件，中国人想做研究，要向其他国家中子源申请。5年前，中国散裂中子源正式投入运营，成为世界第4台脉冲式散裂中子源，然后我就开始推进与中国散裂中子源合作建设中大谱仪——高能非弹性中子散射谱仪。目前，中大谱仪正在加紧建设中，预计今年9、10月份就能投用。到时我们将利用中子谱仪观察镍氧化物的微观结构，获取磁性、自旋动力学等数据，有可能为高温超导机理研究带来全新的认识。

中国散裂中子源靶站大厅。

　　南方+：现在国内外科学家都在申请样品开展研究，但实验室的合成速度并不算快。

　　王猛：国内的超导研究走在世界前列。现在我们的单晶样品已经提供给国内多个科研团队。我想，我们在材料上实现了领先，后面的理论和材料的系统研究，也会走在世界前列。将材料、率先获取的一手实验数据掌握在手中，我们就有可能率先获得新的科学发现。

　　南方+：基础研究比较枯燥，你怎么坚持下来的？

　　王猛：重大成果的取得有偶然因素，但从事科学研究本身就是一件有趣的事。如果认为基础研究比较枯燥，是坐“冷板凳”，多半是因为不享受科研过程，那就大概率不会做得长久或做得很好。在我看来，科研是一种生活状态，也是日常工作，应当尽力去做得更好。

来源：南方+

采写：南方+记者 卞德龙 吴少敏

摄影：南方+记者 张冠军 孙俊杰