新加坡国立大学的科学家创造出了首个可在常压环境下于30 K以上温度工作的无铜超导体，这标志着科学领域的一大飞跃。这一发现或将革新节能电子产品。

来自新加坡国立大学（NUS）物理系的阿里安多（Ariando）教授和林尓周（Stephen Lin Er Chow）博士设计并合成了一种突破性的新材料——一种不含铜的超导氧化物，该材料在常压下能够达到大约40开尔文（K）（即约零下233摄氏度）的超导状态。这一发现进一步巩固了新加坡国立大学及新加坡在高温超导研究领域的前沿领导地位。

在发现铜氧化物超导性并因此荣获1987年诺贝尔物理学奖后，近40年过去了，新加坡国立大学的研究人员现在发现了另一种高温超导氧化物，该发现对非常规超导性的理解超出了铜氧化物的范畴。

超导体的前景

现代电子产品在运行时会产生热量并消耗能量。然而，超导体具有一种独特的属性，即零电阻状态，可消除因电阻而造成的能量损失。从理论上讲，这使得超导体非常适合用于现代电子产品，满足全球日益增长的能源需求。

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（0K），即大约零下273摄氏度的极低温度下工作，因此它们并不具备广泛应用的实用性。

1987年诺贝尔奖突破性成果

大约40年前，物理学家约翰内斯·贝德诺兹（Johannes Bednorz）和卡尔·米勒（Karl Müller）发现了一类新型超导材料：铜氧化物。这些材料在30开尔文以上的温度下表现出超导性，远高于当时已知的任何超导材料。

他们的这一开创性发现为他们赢得了诺贝尔物理学奖，也标志着高温超导研究的开始。即使在今天，在常压环境下，铜氧化物仍是已知的唯一一种无需外部晶格压缩便能展现30开尔文（约-243℃）以上超导性的氧化物材料。

铜之外的突破

在一系列研究中，阿里安多教授和周博士建立了层状材料中层间相互作用与其超导转变温度之间的直接联系。

基于这一发现，他们开发了一种现象学模型，预测了几种潜在的高温超导体，这些超导体的性质类似于铜氧化物，但并不含铜。

在这些预测的材料中，研究团队成功合成了一种镍氧化物复合物（钐-铕-钙）镍氧（Sm-Eu-Ca）NiO₂，并确认在远高于30 K的温度下，该复合物表现出零电阻特性，这是超导性的明确证据。

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拔海平面处的大气压下便表现出高温超导性，无需额外压缩——就像铜氧化物一样。这一发现表明，非常规高温超导性并非铜独有，可能是元素周期表中多种元素更普遍的一种特性。”

阿里安多教授补充道：“这一观察结果对于从理论理解和实验实现更广泛范围超导材料的角度来说，都具有深远意义，这些超导材料可实际应用于现代电子设备中。”

这一研究突破于2025年3月20日发表在科学期刊《自然》上。

拓展高温超导体的边界

Ariando 教授强调说：“自发现获得诺贝尔奖的无铜高温超导氧化物以来，这是首次发现无铜高温超导氧化物可在常压下发挥作用。”

“此外，这种新材料在环境条件下具有高度稳定性，从而大大提高了其可用性。”

这一发现不仅激发了人们对这种材料本身日益浓厚的兴趣，也激发了人们对一类新型高温超导材料更广泛潜力的兴趣。

进一步研究及其未来影响

研究团队继续研究这种材料的独特性质，探索电子占据态转变和静水压力等调控参数。这些研究旨在加深对高温超导机制的理解，并为合成具有更高工作温度的超导材料家族奠定基础。

这项工作的另一位参与者是来自该研究团队的新加坡国立大学（NUS）博士生罗朝阳先生，他利用电子显微镜证明了合成材料的高结晶度和纯相性质。

这一突破标志着在向下一代超导材料的发展道路上迈出了重要一步，在现代电子和节能技术方面具有实际应用价值。

参考文献：2025年3月20日，《自然》杂志上发表了由S.林埃尔·周、赵阳·罗和阿瑞安多共同撰写的论文“常压下空穴掺杂的SmNiO2在接近40K时表现出大块超导性”。DOI：10.1038/s41586-025-08893-4