高溫超導材料憑借其零電阻和完全抗磁性的獨特性質(zhì)，在能源、信息、醫(yī)療、交通等眾多領域展現(xiàn)出巨大的應用潛力。然而，高溫超導的內(nèi)在機理至今仍是科學界尚未攻克的難題，被國際頂級學術期刊《科學》列為“人類125個未解決的關鍵科學問題”之一。在眾多高溫超導體系中，鎳基氧化物作為近年來新興的研究方向，面臨著兩大亟待突破的挑戰(zhàn)。

一方面，鎳基氧化物的體塊單晶制備高度依賴高壓環(huán)境，傳統(tǒng)“高壓浮區(qū)法”需要10 - 15個大氣壓的氧壓。而且，這種方法制備出的單晶常常存在化學組分不均勻、氧空位以及單層 - 三層雜化Ruddlesden - Popper相共存等問題，嚴重影響單晶質(zhì)量。另一方面，鎳基超導體的最高超導轉(zhuǎn)變溫度（Tc）僅為83K，與銅基超導體的164K相比差距明顯，這極大地限制了鎳基超導體的實際應用和進一步研究。

針對這些難題，一支科研團隊取得了重大突破。該團隊創(chuàng)新性地提出了常壓助熔劑法，以K?CO?作為助熔劑，在常壓條件下成功生長出一系列雙層鎳氧化物單晶。經(jīng)過詳細測試，這些單晶不僅成分均勻性良好，而且晶體質(zhì)量極高。這一成果成功解決了鎳基超導高質(zhì)量單晶制備的“卡脖子”問題，為深入探究高溫超導機理提供了優(yōu)質(zhì)的材料平臺。

在提升超導溫度方面，團隊同樣成果斐然。他們發(fā)現(xiàn)La?SmNi?O?單晶在21.6GPa的壓力下，超導轉(zhuǎn)變溫度Tc高達92K，零電阻溫度達到73K，超導體積分數(shù)超過60%。這一發(fā)現(xiàn)明確證實該材料為體超導，同時打破了此前鎳基超導的溫度紀錄。進一步研究還發(fā)現(xiàn)，該材料在單斜、四方兩種不同結構下均能實現(xiàn)超導，為解決鎳基高溫超導機理問題提供了重要的結構基礎。

團隊在深入分析結構與物性關系時，首次發(fā)現(xiàn)了一個關鍵規(guī)律：在常壓條件下，面內(nèi)晶格畸變Δ = (a - b)/(a + b)與高壓下的最高Tc呈現(xiàn)出正相關關系，即晶格畸變程度越大，超導溫度就越高。基于這一規(guī)律，團隊對La?.??Sm?.??Ni?O? - δ單晶進行測試，發(fā)現(xiàn)其在高壓下Tc高達96K（約 - 177℃），創(chuàng)造了全球鎳基超導溫度的最高紀錄。

這項成果具有極高的核心價值。團隊提出的“常壓助熔劑法”擺脫了對高壓環(huán)境的依賴，為單晶制備提供了一種低成本、易于推廣的方案；“晶格畸變 - Tc”規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，為設計與合成更高Tc的鎳基高溫超導材料提供了有效的解決思路。團隊還進一步預測，晶格畸變更大的La?.??Nd?.??Ni?O? - δ單晶在高壓下最高Tc有望突破100K。

該研究得到了國家自然科學基金、國家高層次青年人才計劃、山東省泰山學者計劃、山東大學晶體材料全國重點實驗室、科技部重點研發(fā)計劃、上海市極端環(huán)境新材料重點實驗室、上海市科學技術委員會等多方面的支持。在實驗過程中，使用了綜合極端條件實驗裝置的高場核磁共振實驗站、上海光源的BL17UM線站以及Spring - 8的BL10XU線站。