复旦团队首次制备单铜氧层高温超导体，证实铜氧化物超导的二维本质

据 IT之家消息，复旦大学宣布，北京时间 8 月 12 日晚间，复旦大学物理学系张远波教授团队与合作者在《自然》（Nature）发表最新研究成果：团队成功将铜基高温超导体削薄到仅包含一个超导平面，也就是单个 CuO₂ 面。这一原子级“极限厚度”样品的实现，被认为为长期讨论的铜氧化物高温超导二维本质提供了关键实验证据。来源显示，研究还在超导—绝缘体转变的临界区域观察到反常金属态和量子临界现象，为高温超导机理研究提供了新的二维量子实验平台。

超导体是一类在特定转变温度以下电阻为零、并呈现完全抗磁性的材料。它在电力传输与储能、医学成像、磁悬浮、量子计算等领域具有潜在应用价值。其中，铜氧化物高温超导体自 1986 年被发现以来，一直是凝聚态物理中的核心问题之一：它的转变温度显著高于传统超导材料，但其微观机理至今仍未完全破解。

从双层到单层：一次面向“极限条件”的实验推进

来源摘要显示，张远波表示，团队首次把铜氧化物的厚度从此前的双层推进到真正的单层结构，从而在单个 CuO₂ 面上验证其超导属性。对于高温超导研究而言，这一步并不只是“做得更薄”，而是直接触及铜氧化物超导是否本质上由二维平面主导的问题。

在铜氧化物材料中，CuO₂ 面通常被视为超导行为发生的关键结构单元。过去研究虽然已提示其强二维特征，但要在只剩一个铜氧面时仍保持可测量、可调控的超导体系，实验难度极高。此次成果的意义在于，研究团队不仅制备出单铜氧层样品，还获得了足够稳定和干净的实验体系，从而能够追踪从绝缘到超导的完整变化。

据报道，这类极薄原子级二维平面在制备和测量中面临多重挑战，包括材料本身脆弱、容易受到空气和加工工艺影响，以及氧含量难以稳定精确控制等。面对市场上缺少专用设备的问题，张远波课题组选择自主研发仪器，并在实验过程中同步进行测量和调控。

原位调控技术让相图观测更精细

通讯作者之一、复旦大学物理学系教授阮威介绍，团队通过控制臭氧浓度和温度来精确调节材料氧含量。来源显示，凭借这种原位调控技术，团队实现了 δp≈0.0005 的掺杂分辨率，进而观察到从莫特绝缘相到整个超导穹顶的完整物理相图。

这对于理解高温超导非常关键。所谓“超导穹顶”，可以理解为材料在不同掺杂条件下呈现超导性的区域形态；而莫特绝缘相、反常金属态、量子临界现象等，则涉及电子相互作用、量子涨落和材料维度之间的复杂关系。以往研究中，样品不够干净或调控不够细，都可能掩盖真正的物理规律。此次团队在单铜氧面极限下同时实现“干净体系”和“精细调控”，相当于建立了一个更接近理想条件的可控实验平台。

• 材料维度更极限：样品被削薄至单个 CuO₂ 面，直接检验高温超导是否可在单超导平面中存在。
• 调控精度更高：通过臭氧浓度和温度调节氧含量，实现高分辨率掺杂控制。
• 物理图景更完整：研究覆盖从莫特绝缘相到超导穹顶的完整相图，并观察到临界区域的异常行为。
• 平台价值更突出：为后续研究反常金属态、量子临界性和高温超导机理提供二维量子材料平台。

影响解读：高温超导离工程应用仍远，但基础平台更清晰

从科技产业角度看，这项研究并不意味着高温超导马上进入大规模商业应用。超导材料真正用于电力、医疗、交通或量子计算，还需要解决材料制备、稳定性、工作条件、器件集成和成本等多方面问题。但基础研究的突破往往决定长期技术路线的上限，尤其是在机理尚未完全厘清的领域。

此次成果的重要性在于，它把铜氧化物高温超导研究推进到单铜氧面极限，并以实测数据支持“铜氧化物高温超导是强二维现象”的观点。对于研究者来说，这意味着可以在一个更可控的体系中系统观察超导从无到有、从弱到强的演化路径，从而减少材料复杂性带来的干扰。

在 AI 与先进计算不断发展的背景下，量子材料和超导研究也具有更高的战略价值。无论是量子计算硬件、低损耗电子器件，还是未来高效能源系统，超导材料都可能成为底层支撑之一。复旦团队此次提供的二维实验平台，短期看是凝聚态物理的基础成果，长期看则可能为新型量子器件和高性能材料探索提供新的工具。

来源显示，团队下一步将继续围绕高温超导领域重大问题开展研究，探索更高性能的高温超导体，并攻克材料器件制备工艺和物性测量中的关键难题，同时推进新型二维量子材料方向。高温超导发现近四十年来仍未完全揭开机理，但每一次在更薄、更纯、更可控条件下的实验推进，都在让答案逐步接近。