在凝聚态物理的前沿探索中，高温超导研究始终占据核心地位。继铜基、铁基超导体之后，镍基材料因其独特的物理性质，被视为破解高温超导机制的关键突破口。然而，这一领域长期面临一个核心矛盾：实现超导所需的强氧化环境与材料晶格稳定生长的条件相互冲突，传统合成方法难以同时满足这两项要求，导致镍基超导材料的研发进展缓慢。
近日，一支由南方科技大学与粤港澳大湾区量子科学中心薛其坤—陈卓昱团队、中国科学技术大学沈大伟团队等联合组成的研究组，通过自主研发的“强氧化原子逐层外延”技术，成功突破了这一瓶颈。该技术通过创造比常规方法高约1000倍的强氧化环境，实现了薄膜生长过程中的原子级精准操控。在纳米尺度上，研究团队能够按照预先设计的方案，精确排列镧、镨、镍等原子，使结构构建与充分氧化同步完成，从而解决了材料合成中的根本性矛盾。
基于这一技术，研究团队取得了两项重要进展。首先，他们将此前发现的纯双层结构镍基薄膜的常压超导起始温度从约45开尔文提升至63开尔文。随后，团队进一步探索人工设计的原子堆叠方案，成功合成出三种全新的镍基超结构材料。其中两种材料在常压下展现出高温超导特性，起始转变温度分别达到50开尔文和46开尔文，均突破了传统超导理论中的“麦克米兰极限”，为高温超导领域注入了新的活力。
为了深入理解超导机制，研究团队将原子级精准结构控制与角分辨光电子能谱技术相结合，对四种不同堆叠结构的镍基氧化物薄膜进行了系统比较。角分辨光电子能谱技术能够直接观测材料中电子的能量和动量分布，为研究电子行为提供了关键手段。通过对比分析，团队发现，在能够超导的几种结构中，布里渊区顶角附近均存在一个由γ能带形成的费米口袋；而在不超导的结构中，这一特征则完全消失。这一发现从实验层面证实了原子堆叠构型、电子能带与超导电性之间的紧密关联，为理解镍基高温超导的微观机制提供了重要依据。
该技术不仅为镍基超导研究提供了独特的实验平台，还为解决多类氧化物材料的缺氧难题提供了新的思路。通过强氧化环境下的原子级工程操控，研究团队展示了在极端条件下精确控制材料结构的可能性，为未来开发新型功能材料奠定了技术基础。这一成果的发表，标志着我国在高温超导领域的研究已进入国际前沿行列，为全球科学家探索超导机制提供了新的视角和工具。
