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证实高温超导的二维本质,这一高校合作研究成果在自然杂志发表

北京时间2026年8月12日晚,复旦大学物理学系张远波教授团队联合合作者在《自然》(Nature)发表题为“Superconducting 2D cuprate with a single CuO₂ plane”的研究成果,首次将铜基高温超导体压缩到只剩一个超导平面,也就是单个CuO₂面。这次近乎“

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    北京时间2026年8月12日晚,复旦大学物理学系张远波教授团队联合合作者在《自然》(Nature)发表题为“Superconducting 2D cuprate with a single CuO₂ plane”的研究成果,首次将铜基高温超导体压缩到只剩一个超导平面,也就是单个CuO₂面。

    这次近乎“极限”的操作,不只是把高温超导的二维本质进一步坐实了,更重要的是,它还在超导—绝缘体转变的临界点附近,捕捉到了颇为关键的“反常金属态”和量子临界现象。这意味着,围绕高温超导机理的研究,眼下多了一个全新的量子实验平台。放到应用层面看,超导体材料本身就有很强的现实价值,电力传输与储能、医学成像、磁悬浮列车、量子计算等方向,都离不开它的重要作用,因此无论是科学研究还是技术应用,这类进展都意义不小。

    复旦大学物理学系张远波教授、阮威教授和中国科学技术大学陈仙辉教授为论文的共同通讯作者。研究合作单位包括复旦大学、中国科学技术大学、英属哥伦比亚大学、浙江大学、中国人民大学、上海交通大学、中国科学院物理研究所、魏茨曼科学研究院、清华大学等。本研究得到了科技部国家重点研发计划、教育部基础学科和交叉学科突破计划、国家自然科学基金委员会原创探索计划、科技部重大项目、上海市科学技术委员会、新基石科学基金会等项目和单位的支持。


    团队合影 复旦大学供图

    张远波表示,团队首次将铜氧化物的厚度从双层推进至真正的单层结构,实现了对铜氧化物超导属性的极限验证。实测数据强有力地支持了“铜氧化物高温超导是强二维现象”的观点,为这一长期假设提供了关键实验证据。

    要制备并测量极薄的原子级二维平面,需要攻克材料脆弱、易受空气与加工工艺影响、氧含量难以稳定精控等数道实验难关。面对市场上缺乏专用设备的困境,张远波课题组走上了一条自主研发仪器的道路。

    通讯作者之一、复旦大学物理学系教授阮威介绍,团队一边测量,一边通过控制臭氧浓度和温度来精确调节材料的氧含量。凭借这一“原位调控”技术,团队实现了高达δp≈0.0005的掺杂分辨率,得以观测从莫特绝缘相到整个超导穹顶的完整物理相图。

    这一发现不仅揭示了单个CuO₂面中的真实维度效应,更为研究量子临界现象与反常金属态提供了一个高度可调、品质优异的二维实验平台。

    团队表示,这项研究首次在单铜氧面极限下同时实现了“干净的体系”和“精细的调控”,相当于提供了一个“可控变量”的实验平台,让研究者能系统追踪超导从无到有、从弱到强的完整转化路径。

    高温超导从1986年发现至今已近四十年,机理仍未完全破解,但每一次对“极限条件”的逼近,材料更薄、更纯、更可控,都是一次添砖加瓦,将答案的边界再往深处推进一步。

    下一步,团队将继续聚焦高温超导领域重大问题,探索更高性能的高温超导体;攻克材料器件制备工艺和物性测量中的关键难题,持续推进新型二维量子材料等方向的研究。

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