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有時候，偉大的科學發現就藏在那些意想不到的地方。比如，一塊用肉眼幾乎看不見的小小晶體。

最近，浙江大學的曹光旱團隊經過大量實驗，率先制備出新型鉻基籠目結構CsCr3Sb5單晶，并與中國科學院物理研究所的程金光團隊和周睿團隊合作，在懷柔科學城大科學裝置的支持下測量出了該材料的多種物理性質，尤其是發現了“非常規超導電性”——這不僅為超導體研究帶來了新的希望，也為量子計算和超導磁懸浮列車等尖端技術的應用找到了可能的新路徑。

而在這個發現的背后，有一個關鍵的角色——懷柔科學城的綜合極端條件實驗裝置（SECUF）。正是它，為研究團隊提供了精密的實驗條件，使得這一突破成為可能。讓我們一同走進這項發現背后的故事，探索科學家如何通過這一神奇的裝置，解鎖超導材料的秘密。

全新超導體神秘莫測

超導體到底是什么？簡單來說，超導體就是一種能讓電阻完全消失的材料，這意味著電流可以在其中無損耗地流動。

中國科學院物理研究所研究員程金光介紹，如果超導材料廣泛應用，能源浪費問題將會大大減少，電力傳輸效率也會達到前所未有的水平，并且會產生很多顛覆性應用，例如緊湊型可控核聚變、量子計算機等，有望在未來能源和信息等領域帶來變革。

同時，超導體也存在應用局限性，它需要在極端低溫的條件下才能發揮作用。理解非常規超導現象，以找到更實用的超導材料，科學家們把目光投向了一種特殊的幾何結構材料——籠目晶格。“籠目”的本意是一種傳統竹編圖案，其特殊結構會讓電子在其中“跳舞”，產生各種奇特的量子現象，包括科學家不懈探求的超導性。

在過去的研究中，科學家們已經在釩基籠目材料中觀察到了一些超導現象，但這些材料的電子之間關聯較弱，沒能達到理論預期的強關聯超導效果。直到最近，浙江大學的曹光旱團隊制備出了一種全新的材料——鉻基籠目結構CsCr3Sb5單晶。

與之前的材料相比，鉻基材料不僅在高壓條件下表現出了超導性，還具有強烈的電子關聯和磁性特征。這意味著這個新材料內部發生的“電子舞蹈”更為復雜，可能隱藏著一些我們尚未完全理解的非常規超導現象。

但問題是，這種材料極其脆弱——它的厚度僅有頭發絲直徑的三分之一，單晶樣品合成也非常困難，即使經過幾個月的反復生長，能夠合成的樣品量也不到0.1mg。在這種情況下，傳統的實驗手段根本無法精確測量它的物理特性。為了探究這種神秘的材料，科學家們需要依靠一個能夠模擬極端環境的實驗平臺，這就是懷柔科學城的“超級神器”——SECUF。

用“魔法”驗出材料極限性能

SECUF就像是一個魔法實驗箱，能夠創造出極低溫、超高壓、強磁場、超快光場等極端條件，以便破解前沿材料內部的奧秘。程金光介紹，在這項研究中，SECUF的A6實驗站和A2實驗站發揮了關鍵作用。

A6實驗站的超導磁體核磁共振系統，用高達25T的強磁場，對鉻基籠目材料進行了超精細的測量，測試效率大大提升，研究人員成功捕捉到了該材料在55K時發生的“磁相變”現象。這一發現為理解材料的超導行為提供了重要線索。

與此同時，A2實驗站的大腔體六面頂高壓測量系統則為高壓低溫環境下的電阻和磁化率測量提供了精確的實驗條件。通過在0至12GPa的壓力范圍內的實驗測量，研究人員首次在籠目晶格材料中發現了壓制磁相變后的“超導穹頂”現象。這意味著在特定壓力范圍內，材料的超導性能達到了頂峰。

在鉻基籠目金屬中，研究人員在3.65—8GPa的壓力范圍內發現了超導穹頂現象，超導轉變溫度最高達到了6.4K。而當壓力超過10GPa時，材料的超導性完全消失。這一現象不僅揭示了鉻基材料的獨特超導行為，也為探索非常規超導體的機理提供了新的線索。

鉻基籠目超導體的發現背后，懷柔科學城實驗裝置SECUF扮演了關鍵角色。作為國家“十二五”重大科技基礎設施項目之一，自2023年全面投入運行以來，SECUF的20個實驗站向全球科學家開放。隨著SECUF等更多科技基礎設施不斷發展完善，未來將有更多世界頂尖的科研成果在這里誕生。

目前，懷柔科學城已布局37個科技設施平臺項目，并持續布局和謀劃一批新的科技基礎設施，進入建設和運行、產出并重的重要階段。創新為翼，懷柔科學城正在加速崛起。