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南方科技大学量子功能材料全国重点实验室和物理系、粤港澳大湾区量子科学中心、清华大学薛其坤—陈卓昱团队，与中国科学技术大学沈大伟团队等合作，在极端氧化条件下通过人工设计原子堆叠序列，创制出单层—双层超结构和双层—三层超结构两种新型常压镍基氧化物超导材料。相关研究成果8日发表在国际期刊《自然》上。
高温超导是凝聚态物理领域最重要的研究前沿之一。继铜基和铁基高温超导体之后，镍基材料被认为是有希望揭示高温超导机理的第三类体系。然而，镍基超导材料的合成与控制所必需的高度氧化状态，与实现晶格稳定生长之间存在热力学冲突。
研究团队自主研发的“强氧化原子逐层外延”技术，开辟出一个极端非平衡的生长区间，使薄膜在生长过程中一步完成结构构建与充分氧化。
基于该技术，研究团队按照人工设计的原子堆叠蓝图，精确合成出单层—双层超结构、单层—三层超结构和双层—三层超结构三种全新的镍基超结构材料，并发现单层—双层超结构和双层—三层超结构在常压下可实现高温超导，起始转变温度分别达到50开尔文（K）和46K，均突破传统超导理论中的“麦克米兰极限”，而单层—三层超结构仅呈现金属性。
而后，研究团队将原子级精准的结构控制与角分辨光电子能谱相结合，对不同堆叠结构的镍基氧化物薄膜进行系统比较后发现，在超导结构中，布里渊区顶角附近均存在一个被称为γ能带形成的费米口袋；而在不超导结构中，这一γ能带则未能形成费米口袋。
据悉，这一发现从实验上表明了原子堆叠构型、电子能带与超导电性之间的关联，可识别出决定超导发生与否的“电子基因”，为揭示镍基高温超导的微观机制提供了明确的实验证据。
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