中大新聞網訊（記者李建平、朱嘉豪）“發現液氮溫區鎳基超導體中國科學家占據了第一，理論研究我們也不能落后，不然就對不起這樣的機遇。”兩點睡、七點起，是中山大學物理學院教授姚道新今年上半年的常態。最后沖刺的一周里，他甚至睡在了辦公室。

姚道新教授伏案工作

超導材料，因其重要的應用價值，是物理學的熱門領域，與超導有關的諾貝爾獎已經授予了五次。今年，中山大學王猛團隊實驗發現了一種液氮溫區的鎳基高溫超導材料，這是中國科學家率先發現的全新高溫超導體系。

對于做理論研究的姚道新教授而言，這一刻，對這種全新超導材料的機理研究的發令槍就已經鳴響。

發現鎳基超導體之后

穿過中山大學廣州校區南校園東南區的一片竹林，就到了冼為堅堂。四十年前，在楊振寧先生的親自推動下，中山大學高等學術研究中心落戶這里，被寄予了促進基礎學科研究的厚望。

姚道新教授辦公室就在二樓。窗外，翠綠的竹葉隨風微動，透過窗子，倒映在滿是書籍和獲獎證書的書架上。他和團隊就是在這間辦公室里完成了新型鎳基高溫超導體理論研究的很多重要工作。

姚道新教授在辦公室

今年初，同在物理學院的王猛團隊對花了兩年時間生長出來La_?Ni_?O_?單晶材料進行了實驗研究，驚喜地發現其不僅超導，而且超導溫度達到了液氮溫區。

這個重磅發現，最終發表在頂級期刊《自然》雜志（Nature)，姚道新教授深度參與其中，完成了論文的理論部分，分析了高溫超導的可能因素。但對于由此引發的一個全新的研究領域來說，這還遠遠不夠。

“鎳基超導體的發現，不僅意味著中國科學家獨立發現了繼銅氧化物之后的第二種全新的高溫超導體系，更在于通過比較研究，有可能推動科學家破解高溫超導機理，設計新的更多的更容易應用的高溫超導材料，進而實現更加廣泛的應用。”王猛教授說。

因此，對于這一新型超導體，理解該材料體系的超導機理及其獨特物理機制顯得尤為重要。姚道新教授說：“第一篇基礎性的理論研究論文最好能夠形成定量化的物理模型，能夠準確地描述該類超導體的微觀結構、電子能帶性質以及電學磁學性質，成為連接實驗發現和后續理論的橋梁，同時有利于指導后續實驗的開展?！?/p>

與時間賽跑

姚道新和團隊開始了夜以繼日的工作。

4月的一天，在到福州出差參加學術會議的飛機上，姚道新用隨身攜帶的紙筆寫下了理論模型的框架，并發給了團隊。

“這個模型相當于指明了出發點到目的地之間的一條路，是最根本的部分，我們的方向就明朗了?！币Φ佬聢F隊的博士胡訓武說。

姚道新教授展示今年4月手寫的模型構思

然而，數據的處理和模型的建立仍需要大量的工作?！爱敃r的感覺一是興奮，能參與這么重要的研究，可遇不可求；另一方面就是急迫，搞科研講究時效性，同樣一個工作，晚了就失去先機，錯過了。”另一位博士羅志輝說。

為此，姚道新、吳為副教授和兩位博士全力以赴致力于理論模型的研究。5月16日，關于實驗和理論合作的第一篇論文需要在arXiv（預印本文庫）網站上提前發布，這意味著團隊將面對來自全球的競爭。

姚道新說:“當時壓力非常大，每天都上平臺看一下理論研究進展。我擔心的不僅是被別國的科學家搶了先，更擔心對方的論文做得非常粗糙還搶了先，讓我們研究陷入被動?！币Φ佬聢F隊不僅要搶時間，還要保證質量，保證經得起后續研究的檢驗。大家的工作節奏進入了沖刺階段。

實驗論文公開后的第八天，5月24日凌晨兩點，姚道新團隊將幾經修訂定稿的論文發表在了arXiv上（2305.15564）。在這篇論文中，姚道新團隊利用密度泛函理論對高壓相的雙層鎳基超導體進行了系統性計算，建立了一個雙層兩軌道模型，準確地反映了費米面和電子能帶，表明了層間的強關聯特性，分析了鎳基化物超導配對的關鍵因素。在此基礎上，團隊又進一步考慮了氧軌道的貢獻，并提出了一個高能的11軌道模型，有助于分析鎳的超交換過程和氧的摻雜效應。

“我們有兩個模型，研究做得還是相當扎實的。這對于理解雙層鎳基超導體的微觀圖像和超導機理起到了十分重要的作用，為鎳基超導體的后續研究打下了基礎?！币Φ佬抡f。

論文的五位作者：姚道新教授（中）、王猛教授（左二）、吳為副教授（右二）、羅志輝（右一）、胡訓武（左一）

僅僅10天后，接連就有新的相關論文貼出來。6月6日起，來自美國、中國、德國、瑞士、俄羅斯、日本的鎳基超導體的理論文章更是如雨后春筍般冒出來了，幾乎所有的文章都引用了姚道新課題組的論文，起到了引領性的作用。姚道新知道，他終于跑贏了這場國際競爭：鎳基超導體實驗和理論研究的第一篇論文，均出自中國科學家之手。

今年8月，在寧夏大學召開的中國物理學會秋季學術會議聚集了來自國內外各大高校、科研院所的5500余名物理學者現場參加。大會特別新增“鎳基超導體”的專場報告會，并邀請王猛教授和姚道新教授作報告，臺下座無虛席，反響強烈?！艾F在，做凝聚態物理研究的，如果說還沒有關注到鎳基超導，就會擔心自己落后了。”業內科學家說。

9月20日，國際著名物理刊物《物理評論快報》（Physical Review Letters）正式刊登了姚道新團隊成果。而從發布在arXiv上開始算起，姚道新的論文已經被引用了近40次。在他們的理論模型基礎上，有關科研團隊開展了新型鎳基超導體的超導配對態、氧缺陷、強關聯特性、摻雜效應等研究。一個全新的超導研究領域變得十分火熱。

從跟跑到領跑

“我進入超導研究領域已經30年了，親身經歷了中國科學家從跟跑，到并跑，再到領跑的過程。”姚道新說，“我一開始是研究銅基超導的，它就像一個礦，已經挖了十多年，會覺得突破很艱難。而鎳基超導就像是我們新發現的礦，有許多新的東西可以挖掘?！?/p>

1986年，瑞士科學家率先發現一種在35K超導的銅氧化物，后經包括中國在內的多國科學家共同努力將超導轉變溫度提高到了液氮溫區。2008年，日本科學家在一種鐵砷材料中發現了26K以下的超導現象。很快，中國科學家合成出多種鐵砷材料，將超導溫度突破了麥克米蘭極限，走在世界隊伍的前列。而這一次，由中國科學家發現了全新的鎳基超導體。

在姚道新看來，有志者事竟成，很多事情在于堅持。“有過去幾十年的積累，才能在機遇出現的時候抓住機會?！?/p>

此時，中國的研究條件也有了很大改善，中山大學、高等學術研究中心、物理學院公共科研平臺和中子科學平臺、廣東省磁電物性分析與器件重點實驗室、光電材料與技術國家重點實驗室、中山大學國家超級計算廣州中心都提供了很好的支持。

這一篇研究還只是起點。姚道新介紹，在此基礎上，他們進一步研究了新型鎳基超導體的超導配對特性，得到了和實驗可比擬的超導轉變溫度Tc≈80K，并給出了摻雜下的超導相圖（arXiv:2308.16564）。吳為副教授等則利用團簇動力學平均場理論，研究了鎳基超導體的超交換相互作用和電荷轉移機制（arXiv:2307.05662）。

近期中科院物理所周興江團隊和姚道新、王猛團隊合作，通過高精確度的角分辨光電子能譜實驗（ARPES）研究了新型鎳基超導體的電子能帶和費米面，得到了和姚道新團隊論文相一致的結果，并發現了跟電子軌道有關的強關聯效應（ArXiv:2309.01148），目前正在國際刊物審稿階段。

“包括我們在內，國內外的研究團隊陸續仍然有不斷發現和突破，這樣，我們對鎳基超導的理論體系理解就會更加系統了。”姚道新說。

文稿終審：黨委宣傳部 黃艷