圖為王猛展示鎳氧化物L(fēng)a3Ni2O7樣本。

受訪者供圖

【奮進(jìn)者】

◎本報(bào)記者 葉 青

中山大學(xué)物理學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室里，該學(xué)院教授王猛正和團(tuán)隊(duì)成員討論最新的研究進(jìn)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(dǎo)材料——鎳氧化物L(fēng)a3Ni2O7。

兩年多前，王猛帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在全球首次發(fā)現(xiàn)了這一全新高溫超導(dǎo)體系，實(shí)現(xiàn)了國際物理學(xué)界近40年來的新突破，開啟了一個(gè)超導(dǎo)研究新方向。這一“從0到1”的突破成果，刊登在國際學(xué)術(shù)刊物《自然》雜志上。

不久前，2024年度廣東省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)名單正式公布，王猛因其在鎳氧化物高溫超導(dǎo)領(lǐng)域的研究成果獲得2024年度廣東省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)青年科技創(chuàng)新獎(jiǎng)?！按舜潍@獎(jiǎng)，我最為開心的，是感受到了鎳氧化物高溫超導(dǎo)研究方向和成果得到廣泛認(rèn)可?！闭劶白约旱目蒲械缆?，他最突出的感受是“科學(xué)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(shí)間內(nèi)，我整個(gè)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(gè)小時(shí)，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(dǎo)研究是國際物理學(xué)界的研究熱點(diǎn)。

這其中，能在液氮溫區(qū)應(yīng)用的超導(dǎo)材料只有1986年發(fā)現(xiàn)的銅基氧化物超導(dǎo)體?？茖W(xué)家們?cè)谂c銅相近的過渡金屬化合物如鎳氧化物中進(jìn)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(dǎo)材料。但在近40年的時(shí)間里，并未取得太大收獲。

因此當(dāng)王猛開始在鎳氧化物材料中探索高溫超導(dǎo)電性時(shí)，面對(duì)的幾乎是一片空白?！爱?dāng)時(shí)這是一個(gè)模糊的概念，缺乏成熟的理論支撐，新的超導(dǎo)材料體系研究也毫無規(guī)律可言?！彼毖裕拔覀儶q如在‘無人區(qū)’探索，摸不清方向，找不到路徑，也不知道終點(diǎn)在哪里。我們并不知道這個(gè)探索需要多久——可能是三五年，也有可能永遠(yuǎn)都不會(huì)成功。”

“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(duì)象到在實(shí)驗(yàn)室生長單晶樣品，再到利用壓力發(fā)現(xiàn)單晶樣品超導(dǎo)電性，研究經(jīng)歷了三個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

王猛坦言，“每一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)取得突破都是小概率事件，在三個(gè)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(rèn)真踏實(shí)走好每一步，通過對(duì)科學(xué)問題的不斷探索，把偶然性變成了必然性。”

團(tuán)隊(duì)啟動(dòng)研究時(shí)，就直接把目標(biāo)鎖定在了鎳氧化物?！版囇趸锊牧虾芏?，達(dá)幾十種，經(jīng)過大量的分析研究，我們?cè)谄渲羞x定了有代表性的兩個(gè)體系進(jìn)行深入實(shí)驗(yàn)?！蓖趺徒榻B。

在實(shí)驗(yàn)中，他們發(fā)現(xiàn)，不同研究對(duì)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(duì)科研設(shè)備要求高、氧壓范圍條件苛刻，5個(gè)小時(shí)樣品只能“長”一厘米。他們花了大約兩年的時(shí)間，才終于在世界上首次生長出高質(zhì)量單晶樣品。

在學(xué)校支持下添置高溫高壓光學(xué)浮區(qū)爐、對(duì)樣品進(jìn)行高壓測量……面對(duì)層出不窮的難題，王猛不斷地開辟研究新路徑。“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(dǎo)材料體系，為破解高溫超導(dǎo)機(jī)理作出貢獻(xiàn)。”他說。

在這種堅(jiān)定的追求下，取得最終突破又似乎是必然。

不計(jì)其數(shù)的實(shí)驗(yàn)和焦急的等待之后，王猛成功了，他首次發(fā)現(xiàn)鎳氧化物L(fēng)a3Ni2O7在高壓下能實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)，且轉(zhuǎn)變溫度高達(dá)80開爾文。這一發(fā)現(xiàn)意味著中國科學(xué)家開辟了超導(dǎo)研究新領(lǐng)域，有望推動(dòng)破解高溫超導(dǎo)機(jī)理，迅速引起國際學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注和跟進(jìn)研究。該研究成果入選了“兩院院士評(píng)選的2023年中國十大科技進(jìn)展新聞”和“2023年中國重大科學(xué)、技術(shù)和工程進(jìn)展”。

每發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題都要全力以赴

過去兩年多的時(shí)間里，王猛更加忙碌了，他已多次受邀在國際重要學(xué)術(shù)會(huì)議和知名科研院所及大學(xué)作邀請(qǐng)報(bào)告。鎳氧化物高溫超導(dǎo)體的研究已經(jīng)成為當(dāng)前國際上凝聚態(tài)物理研究前沿和熱點(diǎn)。

“如今，我們的研究目標(biāo)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(tuán)隊(duì)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(xué)研究中，一項(xiàng)新的重要發(fā)現(xiàn)需要其他研究組的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，這是檢驗(yàn)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(xué)等合作單位成功復(fù)現(xiàn)了鎳氧化物L(fēng)a3Ni2O7的超導(dǎo)現(xiàn)象。然而國外部分團(tuán)隊(duì)雖能制備出單晶樣品，卻始終無法測到超導(dǎo)信號(hào)，由此產(chǎn)生質(zhì)疑。

面對(duì)質(zhì)疑，王猛沒有畏懼?！翱茖W(xué)發(fā)現(xiàn)需經(jīng)得起重復(fù)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(xué)院物理研究所、清華大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)，通過電鏡技術(shù)深入探究鎳氧化物L(fēng)a3Ni2O7的微觀結(jié)構(gòu)?？上驳氖牵@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(diǎn)位的氧元素易流失，導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)改變，層間的耦合作用消失，超導(dǎo)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(shí)證回應(yīng)了質(zhì)疑，并解釋了為何單晶樣品在壓力下的超導(dǎo)電性對(duì)氧含量極度敏感?！痹谕趺涂磥恚翱茖W(xué)發(fā)現(xiàn)包含著一個(gè)個(gè)具體的問題。每發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題，都要全力以赴、認(rèn)真作答?！?/p>

在超導(dǎo)研究領(lǐng)域，王猛一直有兩個(gè)明確目標(biāo)：在材料研究方面實(shí)現(xiàn)常壓下的鎳氧化物超導(dǎo)和更高的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度，在機(jī)理研究方面推動(dòng)破解高溫超導(dǎo)機(jī)制。令他最為開心的是，國內(nèi)外有越來越多的團(tuán)隊(duì)參與到鎳氧化物高溫超導(dǎo)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(dǎo)電性還處于基礎(chǔ)研究階段?！爱吘箯谋话l(fā)現(xiàn)至今，只有兩年多，并且超導(dǎo)條件還比較苛刻。但國內(nèi)外在薄膜樣品中接連實(shí)現(xiàn)的重要突破，有助于為鎳氧化物超導(dǎo)器件應(yīng)用和后續(xù)深入研究掃除障礙?！睂?duì)于鎳氧化物高溫超導(dǎo)體未來的應(yīng)用前景，王猛充滿信心。

做基礎(chǔ)研究不是當(dāng)“苦行僧”

對(duì)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(dǎo)“無人區(qū)”堅(jiān)持探索，最終開辟出新天地的關(guān)鍵。

在許多人眼中，基礎(chǔ)研究意味著長年累月的寂寞和不確定，但王猛對(duì)此有著截然不同的看法。“大家認(rèn)為基礎(chǔ)研究是枯燥乏味的，這是一個(gè)錯(cuò)誤的認(rèn)知。其實(shí)從事基礎(chǔ)研究是非常令人激動(dòng)興奮的?！彼f。

王猛最喜歡待在實(shí)驗(yàn)室安安心心做研究，他說：“每天開展一點(diǎn)研究，每天看到一個(gè)新數(shù)據(jù)，都是收獲和進(jìn)步，都能讓自己保持開心的狀態(tài)?！?/p>

王猛每周與團(tuán)隊(duì)學(xué)生開組會(huì)時(shí)，總是充滿熱情?！懊看慰吹綄W(xué)生匯報(bào)新的進(jìn)展和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，我都非常開心，因?yàn)檫@代表著他們對(duì)未知領(lǐng)域的探索又向前了一點(diǎn)?！?/p>

如今，王猛的團(tuán)隊(duì)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(jiǎng)、中山大學(xué)逸仙博士后等榮譽(yù)。對(duì)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(xué)研究?！?/p>

隨著鎳氧化物高溫超導(dǎo)體研究在全球范圍內(nèi)的迅速推進(jìn)，王猛和他的團(tuán)隊(duì)正站在全新起點(diǎn)上。面對(duì)未來，他充滿期待：“如今，我們有了更多的合作機(jī)會(huì)，以及眾多科學(xué)裝置平臺(tái)的支持，各項(xiàng)研究工作正在快速推進(jìn)中，期待很快有新成果出現(xiàn)?！?/p>