【本報訊】中山大學物理學院的實驗室裡，該學院教授王猛正和團隊成員討論最新的研究進展。在他們身旁，擺放著許多幾釐米長的黑色料棒。這些看起來不起眼的料棒，是人類目前發現的第二種液氮溫區非常規超導材料——鎳氧化物La3Ni2O7。
兩年多前，王猛帶領團隊在全球首次發現了這一全新高溫超導體系，實現了國際物理學界近40年來的新突破，開啟了一個超導研究新方向。這一“從0到1”的突破成果，刊登在國際學術刊物《自然》雜誌上。
不久前，2024年度廣東省科學技術獎獲獎名單正式公佈，王猛因其在鎳氧化物高溫超導領域的研究成果獲得2024年度廣東省科學技術獎青年科技創新獎。“此次獲獎，我最為開心的，是感受到了鎳氧化物高溫超導研究方向和成果得到廣泛認可。”談及自己的科研道路，他最突出的感受是“科學研究並非一蹴而就，而是要以平常心，長期投入研究中”。
將科研偶然變成必然
“論文正式發表前的較長一段時間內，我整個人都處於一種非常興奮的狀態。每天晚上都要在操場散步半個小時，否則無法入眠。”談及2023年7月的夏天，王猛記憶猶新。
長期以來，超導研究是國際物理學界的研究熱點。
這其中，能在液氮溫區應用的超導材料只有1986年發現的銅基氧化物超導體。科學家們在與銅相近的過渡金屬化合物如鎳氧化物中進行了諸多探索，希望能找到第二種液氮溫區非常規超導材料。但在近40年的時間裡，並未取得太大收穫。
因此當王猛開始在鎳氧化物材料中探索高溫超導電性時，面對的幾乎是一片空白。“當時這是一個模糊的概念，缺乏成熟的理論支撐，新的超導材料體系研究也毫無規律可言。”他直言，“我們猶如在‘無人區’探索，摸不清方向，找不到路徑，也不知道終點在哪裡。我們並不知道這個探索需要多久——可能是三五年，也有可能永遠都不會成功。”
“獲得研究突破，既有偶然性也有必然性。”王猛回憶，從選定研究物件到在實驗室生長單晶樣品，再到利用壓力發現單晶樣品超導電性，研究經歷了三個關鍵環節。
王猛坦言，“每一個關鍵環節取得突破都是小概率事件，在三個環節中都取得成功，猶如連中三張彩票。這背後，是我們認真踏實走好每一步，通過對科學問題的不斷探索，把偶然性變成了必然性。”
團隊啟動研究時，就直接把目標鎖定在了鎳氧化物。“鎳氧化物材料很多，達幾十種，經過大量的分析研究，我們在其中選定了有代表性的兩個體系進行深入實驗。”王猛介紹。
在實驗中，他們發現，不同研究對象的“脾氣”不同，“伺候”好它們並不容易。失敗乃是家常便飯。尤其是La3Ni2O7體系單晶樣品的生長，對科研設備要求高、氧壓範圍條件苛刻，5個小時樣品只能“長”一釐米。他們花了大約兩年的時間，才終於在世界上首次生長出高品質單晶樣品。
在學校支援下添置高溫高壓光學浮區爐、對樣品進行高壓測量……面對層出不窮的難題，王猛不斷地開闢研究新路徑。“我的信念是做別人沒做過、最好是也做不到的事情，探索出新的高溫超導材料體系，為破解高溫超導機理作出貢獻。”他說。
在這種堅定的追求下，取得最終突破又似乎是必然。
不計其數的實驗和焦急的等待之後，王猛成功了，他首次發現鎳氧化物La3Ni2O7在高壓下能實現超導，且轉變溫度高達80開爾文。這一發現意味著中國科學家開闢了超導研究新領域，有望推動破解高溫超導機理，迅速引起國際學術界的廣泛關注和跟進研究。該研究成果入選了“兩院院士評選的2023年中國十大科技進展新聞”和“2023年中國重大科學、技術和工程進展”。
每發現一個問題都要全力以赴
過去兩年多的時間裡，王猛更加忙碌了，他已多次受邀在國際重要學術會議和知名科研院所及大學作邀請報告。鎳氧化物高溫超導體的研究已經成為當前國際上凝聚態物理研究前沿和熱點。
“如今，我們的研究目標也更加聚焦、具體、明確了。”王猛告訴記者，現在他的研究團隊已與超過50家單位開展合作，圍繞材料的基本性質展開廣泛研究。
在物理科學研究中，一項新的重要發現需要其他研究組的驗證實驗，這是檢驗其可靠性的關鍵步驟。王猛這一研究成果，也不例外。基於他的樣品，浙江大學等合作單位成功複現了鎳氧化物La3Ni2O7的超導現象。然而國外部分團隊雖能製備出單晶樣品，卻始終無法測到超導信號，由此產生質疑。
面對質疑，王猛沒有畏懼。“科學發現需經得起重複和質疑，直面質疑、探究本質才是關鍵。”王猛說。因此，他聯合中國科學院物理研究所、清華大學的研究團隊，通過電鏡技術深入探究鎳氧化物La3Ni2O7的微觀結構。可喜的是，這一探索又有了新發現。他們發現，樣品中位於鎳氧層內部頂點位元的氧元素易流失，導致晶體結構改變，層間的耦合作用消失，超導現象隨之失去。該成果也刊發在《自然》雜誌上。
“我們通過實證回應了質疑，並解釋了為何單晶樣品在壓力下的超導電性對氧含量極度敏感。”在王猛看來，“科學發現包含著一個個具體的問題。每發現一個問題，都要全力以赴、認真作答。”
在超導研究領域，王猛一直有兩個明確目標：在材料研究方面實現常壓下的鎳氧化物超導和更高的超導轉變溫度，在機理研究方面推動破解高溫超導機制。令他最為開心的是，國內外有越來越多的團隊參與到鎳氧化物高溫超導體的研究中，這一領域不斷湧現出新成果。
但王猛也坦言，目前鎳基材料高溫超導電性還處於基礎研究階段。“畢竟從被發現至今，只有兩年多，並且超導條件還比較苛刻。但國內外在薄膜樣品中接連實現的重要突破，有助於為鎳氧化物超導器件應用和後續深入研究掃除障礙。”對於鎳氧化物高溫超導體未來的應用前景，王猛充滿信心。
做基礎研究不是當“苦行僧”
對王猛來說，做科研既是日常的一部分，又是他的興趣所在。這種平常心與熱情並存的態度，或許正是王猛能夠在超導“無人區”堅持探索，最終開闢出新天地的關鍵。
在許多人眼中，基礎研究意味著長年累月的寂寞和不確定，但王猛對此有著截然不同的看法。“大家認為基礎研究是枯燥乏味的，這是一個錯誤的認知。其實從事基礎研究是非常令人激動興奮的。”他說。
王猛最喜歡待在實驗室安安心心做研究，他說：“每天開展一點研究，每天看到一個新資料，都是收穫和進步，都能讓自己保持開心的狀態。”
王猛每週與團隊學生開組會時，總是充滿熱情。“每次看到學生彙報新的進展和實驗資料，我都非常開心，因為這代表著他們對未知領域的探索又向前了一點。”
如今，王猛的團隊中已有成員獲得廣東省傑出青年基金、中國新銳科技人物傑出成就獎、中山大學逸仙博士後等榮譽。對於年輕科研人員，他總說：“要錨定重要的研究方向，以平常心去開展日常的科學研究。”
隨著鎳氧化物高溫超導體研究在全球範圍內的迅速推進，王猛和他的團隊正站在全新起點上。面對未來，他充滿期待：“如今，我們有了更多的合作機會，以及眾多科學裝置平臺的支援，各項研究工作正在快速推進中，期待很快有新成果出現。”【編輯:陸語】
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