科技日报记者 叶青
中山大学物理学院的实验室里，该学院教授王猛正和团队成员讨论最新的研究进展。在他们身旁，摆放着许多几厘米长的黑色料棒。这些看起来不起眼的料棒，是人类目前发现的第二种液氮温区非常规超导材料——镍氧化物La3Ni2O7。
两年多前，王猛带领团队在全球首次发现了这一全新高温超导体系，实现了国际物理学界近40年来的新突破，开启了一个超导研究新方向。这一“从0到1”的突破成果，刊登在国际学术刊物《自然》杂志上。
不久前，2024年度广东省科学技术奖获奖名单正式公布，王猛因其在镍氧化物高温超导领域的研究成果获得2024年度广东省科学技术奖青年科技创新奖。“此次获奖，我最为开心的，是感受到了镍氧化物高温超导研究方向和成果得到广泛认可。”谈及自己的科研道路，他最突出的感受是“科学研究并非一蹴而就，而是要以平常心，长期投入研究中”。
将科研偶然变成必然
“论文正式发表前的较长一段时间内，我整个人都处于一种非常兴奋的状态。每天晚上都要在操场散步半个小时，否则无法入眠。”谈及2023年7月的夏天，王猛记忆犹新。
长期以来，超导研究是国际物理学界的研究热点。
这其中，能在液氮温区应用的超导材料只有1986年发现的铜基氧化物超导体。科学家们在与铜相近的过渡金属化合物如镍氧化物中进行了诸多探索，希望能找到第二种液氮温区非常规超导材料。但在近40年的时间里，并未取得太大收获。
因此当王猛开始在镍氧化物材料中探索高温超导电性时，面对的几乎是一片空白。“当时这是一个模糊的概念，缺乏成熟的理论支撑，新的超导材料体系研究也毫无规律可言。”他直言，“我们犹如在‘无人区’探索，摸不清方向，找不到路径，也不知道终点在哪里。我们并不知道这个探索需要多久——可能是三五年，也有可能永远都不会成功。”
“获得研究突破，既有偶然性也有必然性。”王猛回忆，从选定研究对象到在实验室生长单晶样品，再到利用压力发现单晶样品超导电性，研究经历了三个关键环节。
王猛坦言，“每一个关键环节取得突破都是小概率事件，在三个环节中都取得成功，犹如连中三张彩票。这背后，是我们认真踏实走好每一步，通过对科学问题的不断探索，把偶然性变成了必然性。”
团队启动研究时，就直接把目标锁定在了镍氧化物。“镍氧化物材料很多，达几十种，经过大量的分析研究，我们在其中选定了有代表性的两个体系进行深入实验。”王猛介绍。
在实验中，他们发现，不同研究对象的“脾气”不同，“伺候”好它们并不容易。失败乃是家常便饭。尤其是La3Ni2O7体系单晶样品的生长，对科研设备要求高、氧压范围条件苛刻，5个小时样品只能“长”一厘米。他们花了大约两年的时间，才终于在世界上首次生长出高质量单晶样品。
在学校支持下添置高温高压光学浮区炉、对样品进行高压测量……面对层出不穷的难题，王猛不断地开辟研究新路径。“我的信念是做别人没做过、最好是也做不到的事情，探索出新的高温超导材料体系，为破解高温超导机理作出贡献。”他说。
在这种坚定的追求下，取得最终突破又似乎是必然。
不计其数的实验和焦急的等待之后，王猛成功了，他首次发现镍氧化物La3Ni2O7在高压下能实现超导，且转变温度高达80开尔文。这一发现意味着中国科学家开辟了超导研究新领域，有望推动破解高温超导机理，迅速引起国际学术界的广泛关注和跟进研究。该研究成果入选了“两院院士评选的2023年中国十大科技进展新闻”和“2023年中国重大科学、技术和工程进展”。
每发现一个问题都要全力以赴
过去两年多的时间里，王猛更加忙碌了，他已多次受邀在国际重要学术会议和知名科研院所及大学作邀请报告。镍氧化物高温超导体的研究已经成为当前国际上凝聚态物理研究前沿和热点。
“如今，我们的研究目标也更加聚焦、具体、明确了。”王猛告诉记者，现在他的研究团队已与超过50家单位开展合作，围绕材料的基本性质展开广泛研究。
在物理科学研究中，一项新的重要发现需要其他研究组的验证实验，这是检验其可靠性的关键步骤。王猛这一研究成果，也不例外。基于他的样品，浙江大学等合作单位成功复现了镍氧化物La3Ni2O7的超导现象。然而国外部分团队虽能制备出单晶样品，却始终无法测到超导信号，由此产生质疑。
面对质疑，王猛没有畏惧。“科学发现需经得起重复和质疑，直面质疑、探究本质才是关键。”王猛说。因此，他联合中国科学院物理研究所、清华大学的研究团队，通过电镜技术深入探究镍氧化物La3Ni2O7的微观结构。可喜的是，这一探索又有了新发现。他们发现，样品中位于镍氧层内部顶点位的氧元素易流失，导致晶体结构改变，层间的耦合作用消失，超导现象随之失去。该成果也刊发在《自然》杂志上。
“我们通过实证回应了质疑，并解释了为何单晶样品在压力下的超导电性对氧含量极度敏感。”在王猛看来，“科学发现包含着一个个具体的问题。每发现一个问题，都要全力以赴、认真作答。”
在超导研究领域，王猛一直有两个明确目标：在材料研究方面实现常压下的镍氧化物超导和更高的超导转变温度，在机理研究方面推动破解高温超导机制。令他最为开心的是，国内外有越来越多的团队参与到镍氧化物高温超导体的研究中，这一领域不断涌现出新成果。
但王猛也坦言，目前镍基材料高温超导电性还处于基础研究阶段。“毕竟从被发现至今，只有两年多，并且超导条件还比较苛刻。但国内外在薄膜样品中接连实现的重要突破，有助于为镍氧化物超导器件应用和后续深入研究扫除障碍。”对于镍氧化物高温超导体未来的应用前景，王猛充满信心。
做基础研究不是当“苦行僧”
对王猛来说，做科研既是日常的一部分，又是他的兴趣所在。这种平常心与热情并存的态度，或许正是王猛能够在超导“无人区”坚持探索，最终开辟出新天地的关键。
在许多人眼中，基础研究意味着长年累月的寂寞和不确定，但王猛对此有着截然不同的看法。“大家认为基础研究是枯燥乏味的，这是一个错误的认知。其实从事基础研究是非常令人激动兴奋的。”他说。
王猛最喜欢待在实验室安安心心做研究，他说：“每天开展一点研究，每天看到一个新数据，都是收获和进步，都能让自己保持开心的状态。”
王猛每周与团队学生开组会时，总是充满热情。“每次看到学生汇报新的进展和实验数据，我都非常开心，因为这代表着他们对未知领域的探索又向前了一点。”
如今，王猛的团队中已有成员获得广东省杰出青年基金、中国新锐科技人物杰出成就奖、中山大学逸仙博士后等荣誉。对于年轻科研人员，他总说：“要瞄定重要的研究方向，以平常心去开展日常的科学研究。”
随着镍氧化物高温超导体研究在全球范围内的迅速推进，王猛和他的团队正站在全新起点上。面对未来，他充满期待：“如今，我们有了更多的合作机会，以及众多科学装置平台的支持，各项研究工作正在快速推进中，期待很快有新成果出现。”
网友评论
