我科学家团队实现单铜氧层高温超导体制备 为破解超导机理搭建全新实验平台

记者13日从复旦大学获悉，该校物理学系张远波团队联合国内外多家科研单位，首次成功制备仅含单个CuO2超导平面的极限二维铜基高温超导体Bi-2201，为解开高温超导机理这一凝聚态物理领域公认的“皇冠之谜”，搭建起高度可调的量子实验平台。相关研究12日晚刊发于《自然》杂志。

超导体拥有零电阻特性，在高效输电、医疗核磁、磁悬浮、量子计算等领域应用前景广阔。1986年铜基高温超导被发现后，学界推断超导特性源于二维铜氧原子层，但二维体系难以稳定维持超导有序；同时薄层材料易被空气、水汽破坏，氧浓度难以精准调控，相关验证实验长期难以推进。

为突破技术瓶颈，张远波课题组自主研发低温惰性气氛实验设备，在隔绝外界干扰的环境下完成样品剥离与器件加工，还创新发展出高精度原位掺杂调控手段，氧含量调控分辨率可达δp≈0.0005，复现从莫特绝缘相到超导穹顶的完整相图演化过程。

实验结果证明，单铜氧层样品保留了块体材料全部核心物理特征，仅超导转变温度小幅下降约10%，以确凿实验证据印证了高温超导的二维本质。团队将实验温度降至100毫开尔文，探测量子临界区间，观测到量子格里菲斯奇异性，并在零温极限发现反常金属态，该现象与玻色金属图像吻合，填补了单铜氧面量子相变研究的观测空白。

“我们将铜氧化物厚度从双层推进至单层极限，造出了干净、可控的实验载体。”张远波介绍，借助这套体系，科研人员能够系统观测超导诞生、演化的完整过程，为厘清高温超导底层物理机制提供全新抓手。

距离高温超导首次发现已近40年，其内在机理仍未完全阐明。团队表示，每一次向材料极限的探索，都在持续拓宽人类对超导的认知边界。下一步，研究组将优化制备与测量工艺，攻关新型二维量子材料，深耕更高临界温度高温超导体研发。