张俊杰（前）与团队成员讨论测试结果。
■本报记者 廖洋 通讯员 于佳桐 车慧卿
2025年11月22日凌晨，张俊杰平静地关闭了“正式接收”的邮件。这场历时近一年，历经两次被拒、两次申诉、五轮修改的投稿“马拉松”终于到达终点。
近日，山东大学教授张俊杰、陶绪堂团队牵头，联合国内外多家单位团队完成的研究在线发表于《自然》。他们不仅在全球首次实现镍基高温超导单晶的常压制备，更将超导转变温度提升至96开尔文，刷新了该体系的世界纪录。
国际超导专家评价称：“这一成果为镍基高温超导研究打开了新窗口。”
常压下的镍基单晶“生长”
高温超导机理被《科学》列为“125个未解决的关键科学问题”之一。自1986年铜氧化物超导体被发现以来，全球科学家已在这一谜题上探索了近40年。超导体在临界温度下呈现零电阻和完全抗磁性，一旦实现室温应用，将彻底改变能源传输、医疗成像等诸多领域。
镍基氧化物是高温超导领域一个重要的新兴材料体系。2019年，美国斯坦福大学团队首次报道了无限层锶掺杂钕镍氧化物薄膜15开尔文的超导电性，引发了全世界的关注，但也迅速暴露出其“高门槛”特性——仅在薄膜中出现超导，是否存在体块超导仍然是个重要的前沿科学问题。
“它的单晶制备极具挑战性：要先在300个大气压以上的高压浮区炉中制备母相单晶，之后进行拓扑还原。”张俊杰指出，“一台300个大气压的高压浮区炉售价超过1000万元，大部分实验室没有。”
2019年，张俊杰回国加入山东大学并组建团队。他凭借丰富的制备与物性研究经验，决定迎难而上，聚焦镍基高温超导前沿研究。
起步阶段困难重重。团队面临的第一个挑战是样品制备。
“我们选择了常压制备路径，目标是在常压下生长出高质量的镍基氧化物单晶，从而绕开昂贵复杂的高压设备，打破样品制备的瓶颈。”张俊杰对《中国科学报》说。
助熔剂的选择是打通常压制备路径的关键。此前，国内外未有常压下生长Ruddlesden-Popper层状镍基氧化物单晶的报道。张俊杰带着团队进行了近3年的摸索。他们尝试了氧化钼、氧化碲、氯化钠、强碱等各种常见助熔剂体系，最后只能得到粉末状产物，晶粒尺寸小于1微米。
“每次实验，就像在黑暗中凿壁，前面永远没有光。”论文第一作者、团队博士生李飞宇回忆道。
转机出现在2022年暑假。那时，正在查阅文献的李飞宇偶然发现，美国南卡罗来纳大学团队在生长稀土铑氧化合物晶体时使用了碳酸钾作为助熔剂。
“那一刻我的心脏猛跳了一下。虽然材料体系不同，但都属于过渡金属氧化物，化学环境有相似性。我马上把文献发给了张老师，当时心里也没底，怕又是一个不切实际的幻想。”李飞宇说，“那是一种在漫长跋涉后，突然看到远处有微光闪烁的感觉。”张俊杰认为，碳酸钾助熔剂非常值得尝试，并让李飞宇抓紧进行实验。
在反复实验调整下，一个多月后，团队终于在显微镜下首次观察到亮晶晶、有规则晶面的晶体。
“碳酸钾助熔剂选对了”，这让李飞宇高兴坏了。常压生长高质量层状镍氧化物单晶的大门终于向他们打开。
2023年7月，张俊杰为这一核心技术申请了国家发明专利。同月，中国科研团队报道了双层镧镍氧化合物在高压下接近80开尔文的超导迹象，迅速引发关注。张俊杰团队常压制备稀土镍氧化物的成功，不仅大幅降低了技术门槛和成本，使更多机构得以参与研究，还为整个领域提供了可复制的技术路线与新思路。
技术突破的双重挑战
生长出高质量晶体只是第一步。要在高压下测出超导电性，样品质量、测试技术、传压介质等任何一个环节出问题，信号都可能“隐身”。团队合作者采用了液体和固体传压介质，但始终未测到理想的超导转变信号。这个新关卡让整个团队感到心里沉甸甸的。
张俊杰决定改变策略：一方面继续优化晶体生长和后处理工艺，提升晶体质量；另一方面积极寻求新的合作。
机会总是留给有心人的。2024年12月，在香港参加第二届国际镍基高温超导研讨会时，张俊杰结识了北京高压科学研究中心副研究员彭帝。当他了解到彭帝所在的曾桥石研究员团队掌握了使用氦气作为传压介质的技术时，顿感相见恨晚。
“全世界熟练掌握这项技术的团队屈指可数。”这让张俊杰无比惊喜。他们一拍即合并展开合作。
“我们一开始使用石蜡作为传压介质，测到了87开尔文的超导转变，但数据不够理想。”彭帝还记得这个紧张的过程。更大的挑战在于样品形状，张俊杰提供的单晶样品是长条形的，如何在细长样品上实现氦气环境下的良好电极接触，成了技术方面的“拦路虎”。
这涉及材料特性、设备适配和操作技巧等多个方面，需要系统性的解决方案。曾桥石团队几乎尝试了所有已知技巧，最终发现没有现成的经验可循，因为此前从来没有过长条形样品在氦气下的高压电输运测量报道。
两个团队都进入了“攻坚模式”，张俊杰团队持续优化晶体生长工艺和退火处理，确保样品质量的稳定性；曾桥石团队则专注攻克测量技术，从样品固定到电极接触，每个细节都要反复测试和优化。
“我们进行了无数次实验，调整了数十个参数。有几次眼看就要成功了，却在接近超导的压力下功亏一篑。”彭帝坦言，被失败笼罩的感觉十分煎熬。
不过，3个月的“屡败屡战”让两个团队的配合越来越密切。他们综合优化了样品制备、电极加工、封装技术和压力控制策略，最终成功获得了清晰可靠的超导转变数据。
通过这一关，标志着从材料合成、物性表征到数据说服力的完整技术链条被打通，是成果获得国际认可的最后一块“技术拼图”。张俊杰团队和曾桥石团队在镧钐镍氧化物材料中实现了高达96开尔文的超导转变温度，较此前80开尔文左右的世界纪录大幅提升。
“按照我们的策略继续优化，超导转变温度还能更高。”张俊杰表示，这一突破揭示了一条通过材料设计和工艺优化提升超导性能的新路径，为领域发展指明了方向。
“科研需要脸皮厚一点”
“我们所在的研究领域发展迅速、竞争激烈，要分秒必争。”2025年2月15日，基于“两手硬”的成果，张俊杰胸有成竹地向《自然》投递了新鲜出炉的论文，文章很快被送审。
然而，1个月后，一盆冷水兜头浇下——文章被拒。3位审稿人中，一人态度积极，另两人则认为重要性和创新性欠缺。
对此，张俊杰团队没有气馁。一场投稿“拉锯战”展开。
其实，在等待审稿期间，张俊杰和团队从未停止实验。他们秉持“没有最终反馈，就做到自己满意”的原则继续研究。在受到质疑后，他们更是针对性地高效补上了新数据。
2025年4月9日，张俊杰将修改稿作为“申诉”提交。此时，他们已将零电阻温度提升至73开尔文，并补测了高压下的结构数据。5月28日，文章二次被拒，编辑认为重要性仍不足。
6月至7月中旬，团队继续补充数据、策略等，论文逻辑变得更完整。团队将近乎重写、包含全新数据的版本再次上传系统。8月15日，新邮件传来，数据终于达标，文章再次送审。
接下来的3个月，团队经历了两轮审稿人正面评议下的修改。11月下旬，论文终被接收。9个月里，团队的修改文章已超过了15个版本。
文章发表后，国际资深专家陆续给予了高度评价：“高压零电阻和迈斯纳效应测量数据，以其卓越的质量和完善程度，为该领域树立了一个新的标杆，为后续相关研究提供了可靠的参照。”
回顾整个过程，张俊杰将其视为一次“科学冒险”。
“我从不自我消耗，选择了就全力以赴。”张俊杰坦言，“科研需要脸皮厚一点。”
这一点也体现在张俊杰早年的求职经历中。为了从事博士后研究，张俊杰曾发出300多封个性化邮件，最终师从美国化学家John Mitchell，实现了研究方向的跨越。
2013年，张俊杰在德国林岛参加诺贝尔奖获得者大会时，诺贝尔化学奖得主、以色列理工学院教授Dan Shechtman分享发现准晶体屡次受挫，却依然坚持真理的故事，让他深受触动。“要敢于创新，并勇于坚持。”张俊杰总结道。
“科研就像攀登，必须持续向上。我们不想做追随者，要做开窗的人。”张俊杰说。
如今，张俊杰团队的目光已投向更远——极端条件单晶制备的超高气压生长装备正在研制，更多材料体系有待探索。在他们看来，96开尔文不是终点，而是新起点。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1038/s41586-025-09954-4
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