圖為王猛展示鎳氧化物La3Ni2O7樣本。

受訪者供圖

【奮進者】

◎本報記者 葉 青

中山大學物理學院的實驗室里，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，擺放著許多幾厘米長的黑色料棒。這些看起來不起眼的料棒，是人類目前發(fā)現(xiàn)的第二種液氮溫區(qū)非常規(guī)超導材料——鎳氧化物La3Ni2O7。

兩年多前，王猛帶領(lǐng)團隊在全球首次發(fā)現(xiàn)了這一全新高溫超導體系，實現(xiàn)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(shù)刊物《自然》雜志上。

不久前，2024年度廣東省科學技術(shù)獎獲獎名單正式公布，王猛因其在鎳氧化物高溫超導領(lǐng)域的研究成果獲得2024年度廣東省科學技術(shù)獎青年科技創(chuàng)新獎?！按舜潍@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?！闭劶白约旱目蒲械缆罚钔怀龅母惺苁恰翱茖W研究并非一蹴而就，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(fā)表前的較長一段時間內(nèi)，我整個人都處于一種非常興奮的狀態(tài)。每天晚上都要在操場散步半個小時，否則無法入眠?！闭劶?023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(qū)應用的超導材料只有1986年發(fā)現(xiàn)的銅基氧化物超導體?？茖W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(qū)非常規(guī)超導材料。但在近40年的時間里，并未取得太大收獲。

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?！爱敃r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(guī)律可言。”他直言，“我們猶如在‘無人區(qū)’探索，摸不清方向，找不到路徑，也不知道終點在哪里。我們并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?！?/p>

“獲得研究突破，既有偶然性也有必然性?！蓖趺突貞洠瑥倪x定研究對象到在實驗室生長單晶樣品，再到利用壓力發(fā)現(xiàn)單晶樣品超導電性，研究經(jīng)歷了三個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

王猛坦言，“每一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)取得突破都是小概率事件，在三個環(huán)節(jié)中都取得成功，猶如連中三張彩票。這背后，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?！?/p>

團隊啟動研究時，就直接把目標鎖定在了鎳氧化物?！版囇趸锊牧虾芏啵_幾十種，經(jīng)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?！蓖趺徒榻B。

在實驗中，他們發(fā)現(xiàn)，不同研究對象的“脾氣”不同，“伺候”好它們并不容易。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、氧壓范圍條件苛刻，5個小時樣品只能“長”一厘米。他們花了大約兩年的時間，才終于在世界上首次生長出高質(zhì)量單晶樣品。

在學校支持下添置高溫高壓光學浮區(qū)爐、對樣品進行高壓測量……面對層出不窮的難題，王猛不斷地開辟研究新路徑?！拔业男拍钍亲鰟e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?！彼f。

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(shù)的實驗和焦急的等待之后，王猛成功了，他首次發(fā)現(xiàn)鎳氧化物La3Ni2O7在高壓下能實現(xiàn)超導，且轉(zhuǎn)變溫度高達80開爾文。這一發(fā)現(xiàn)意味著中國科學家開辟了超導研究新領(lǐng)域，有望推動破解高溫超導機理，迅速引起國際學術(shù)界的廣泛關(guān)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(shù)和工程進展”。

每發(fā)現(xiàn)一個問題都要全力以赴

過去兩年多的時間里，王猛更加忙碌了，他已多次受邀在國際重要學術(shù)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(jīng)成為當前國際上凝聚態(tài)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?！蓖趺透嬖V記者，現(xiàn)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(zhì)展開廣泛研究。

在物理科學研究中，一項新的重要發(fā)現(xiàn)需要其他研究組的驗證實驗，這是檢驗其可靠性的關(guān)鍵步驟。王猛這一研究成果，也不例外。基于他的樣品，浙江大學等合作單位成功復現(xiàn)了鎳氧化物La3Ni2O7的超導現(xiàn)象。然而國外部分團隊雖能制備出單晶樣品，卻始終無法測到超導信號，由此產(chǎn)生質(zhì)疑。

面對質(zhì)疑，王猛沒有畏懼。“科學發(fā)現(xiàn)需經(jīng)得起重復和質(zhì)疑，直面質(zhì)疑、探究本質(zhì)才是關(guān)鍵?！蓖趺驼f。因此，他聯(lián)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(shù)深入探究鎳氧化物La3Ni2O7的微觀結(jié)構(gòu)?？上驳氖?，這一探索又有了新發(fā)現(xiàn)。他們發(fā)現(xiàn)，樣品中位于鎳氧層內(nèi)部頂點位的氧元素易流失，導致晶體結(jié)構(gòu)改變，層間的耦合作用消失，超導現(xiàn)象隨之失去。該成果也刊發(fā)在《自然》雜志上。

“我們通過實證回應了質(zhì)疑，并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(fā)現(xiàn)包含著一個個具體的問題。每發(fā)現(xiàn)一個問題，都要全力以赴、認真作答?！?/p>

在超導研究領(lǐng)域，王猛一直有兩個明確目標：在材料研究方面實現(xiàn)常壓下的鎳氧化物超導和更高的超導轉(zhuǎn)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(nèi)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(lǐng)域不斷涌現(xiàn)出新成果。

但王猛也坦言，目前鎳基材料高溫超導電性還處于基礎研究階段。“畢竟從被發(fā)現(xiàn)至今，只有兩年多，并且超導條件還比較苛刻。但國內(nèi)外在薄膜樣品中接連實現(xiàn)的重要突破，有助于為鎳氧化物超導器件應用和后續(xù)深入研究掃除障礙。”對于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。這種平常心與熱情并存的態(tài)度，或許正是王猛能夠在超導“無人區(qū)”堅持探索，最終開辟出新天地的關(guān)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?！彼f。

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，每天看到一個新數(shù)據(jù)，都是收獲和進步，都能讓自己保持開心的狀態(tài)。”

王猛每周與團隊學生開組會時，總是充滿熱情?！懊看慰吹綄W生匯報新的進展和實驗數(shù)據(jù)，我都非常開心，因為這代表著他們對未知領(lǐng)域的探索又向前了一點?！?/p>

如今，王猛的團隊中已有成員獲得廣東省杰出青年基金、中國新銳科技人物杰出成就獎、中山大學逸仙博士后等榮譽。對于年輕科研人員，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?！?/p>

隨著鎳氧化物高溫超導體研究在全球范圍內(nèi)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持，各項研究工作正在快速推進中，期待很快有新成果出現(xiàn)。”