一樓拐角的頭一間屋子，就是金魁的實驗室，大約50余平米，像是構筑了一個“蒸汽朋克”般的科技世界，一臺復雜精密儀器占據了房間的一半。站在它面前，金魁充滿著期待，也感受到了壓力。
對于他即將開展的工作來說，這臺儀器是核心之一。
那是2012年，金魁31歲，他被聘為中國科學院物理研究所（以下簡稱物理所）特聘研究員，把自己所有的人才經費投入了這臺儀器。他很清楚要通過這臺儀器解決的科學問題——利用材料基因的技術，加速高溫超導定量化物理規律的探索。
但怎么做？考慮現實情況，能否在五至十年實現目標，金魁心里還是有些忐忑。
直到今年2月初，他總算暫時“松”了口氣，被他命名為“連續組分單晶薄膜與匹配的跨尺度表征技術”完成的一項重要實驗成果，在《自然》雜志刊發。更重要的是，兩位國際審稿人不約而同地給出了“Tour de force”（絕技）的高度評價。他也受邀將在今年的美國物理學會三月會議做邀請報告。
“十年磨一劍”
高溫超導研究已有110多年歷史了，至今仍是物理學界最重要的前沿問題、最難攻克的科學問題之一。高溫超導的機理是未解的跨世紀“謎題”，解決這個難題的關鍵是要找出重要物理量之間的關系，并定量化表達。找到一個重要的規律，往往需要數十年甚至幾十年的時間，也面臨著實驗精度的重大挑戰。
2011年，美國提出了“材料基因組計劃”，意在通過結合使用計算能力、數據管理和新的綜合性實驗方法，使材料物性研究和應用的效率更高。這在材料、能源等領域都得到廣泛關注。
“險”就在于把高溫超導和材料基因做融合。
在美國馬里蘭大學做博士后時，金魁跟隨兩個導師分別開展高溫超導和材料基因方法學探索研究。他通過單晶薄膜成功獲得了完整的相圖，發現高溫超導兩個關鍵物理量——奇異金屬（如線性電阻）與高溫超導轉變溫度存在定性聯系。這項實驗成果在2011年《自然》雜志刊發。
2012年，是金魁作博士后的最后一年，他想回國后繼續發展新一代高效率材料基因技術，并融入高溫超導研究中。這個想法跟導師們商量時，導師們搖搖頭，覺得“very tough”。
2012年12月25日，圣誕節當天，金魁帶著一家人從美國飛回了北京。第二天，正式入職物理所超導國家重點實驗室。“回到超導實驗室了，就是要攻堅難題。”金魁的決心很堅定。
最難的環節，是如何找到奇異金屬與高溫超導轉變溫度定量化的關系。唯一也是最好的辦法，是需要在合成材料中不斷地“試”。
“相當于配一副中藥，調試合適的配方。”金魁解釋。不同的是，他們調的是原子級別的元素，調試的精度在千分之一甚至萬分之一，在每一次調試配比時，捕捉其變化過程，最終找到定量的“數值”。
而更難的是，要保證在變化過程中，原子能排列整齊有序。
可靠的統計物理規律需要更多可靠實驗數據，傳統的研究手段在合成系列化學組分的單晶薄膜時需要數年的時間，而且控制精度有限。美國國家實驗室一個團隊在2016年描述了超導另一個定量規律時，用了12年、2000多個樣品。
“傳統的‘試錯型’實驗方法效率低,很難進一步實現從定性到定量的認識。”金魁告訴《中國科學報》。
因此，回國的前5年，金魁和同事們帶著研究生大多時間都在做設備，發展了新一代連續組分超導單晶薄膜制備及跨尺度表征技術，并將物性識別率提升兩個數量級。
走通了流程，接下來就是快速“收割”高質量數據。在金魁看來，這是從量變引起質變的一個過程，即通過大量可靠的實驗數據找到統計物理規律。
在這條交叉創新的“探險”之路上，金魁率領團隊前后歷經7年時間、畢業了5屆博士生，最終揭示了奇異金屬散射和高溫超導轉變溫度之間的普適物理規律，實現高溫超導定量化認識道路上的一個重要突破。
打破封鎖
2015年，一臺比之前更加高精尖、復雜的儀器誕生了，就在旁邊一間20余平米的實驗室，它占據了幾乎整個屋子。
與之前不同，金魁更多的是激動和驕傲。
在這臺儀器中，一面有著900多度的“極高溫”、一面有著零下260多度的“極低溫”，科學家們通過操作，讓原子面貌及其特性關系在“兩極”之間顯露無疑，精準且穩定。
它是當前國際上最先進的第四代高通量制備與原位電子態表征實驗設備，具備多項獨特優點，被認為是“將成為材料基因研究的重要工具。”
過去30多年里，高溫超導研究在以趙忠賢院士為代表的幾代人的努力下，在中國扎根并躋身國際前列。“我國雖然屬于全世界超導研究的前排梯隊，但實驗室中的高精尖制膜設備卻嚴重依賴進口，尤其是發達國家在關鍵核心技術和設備上對我國實施禁運封鎖，導致我國在高質量應用型‘薄膜’和‘制膜精尖設備’受到掣肘。”回國后，金魁帶領團隊走出了一條獨特的超導薄膜技術路線。
一開始，由于相關技術在我國還未有成熟先例。金魁團隊先從國外購買一套先進的激光鍍膜設備，能夠做出的高溫超導薄膜尺寸小，只夠作科研用。
金魁表示，國外公司同意賣給我們小尺寸薄膜制備設備，做出的樣品主要是用于基礎研究；但要買能投入實用的大尺寸薄膜制備設備，他們就拒絕了。“更重要的是，國外設備只能實現單面薄膜的制備，無法滿足團隊需求。”
在中科院儀器研制項目的資助下，金魁與團隊骨干袁潔主任工程師帶領著學生，與物理所郇慶主任工程師團隊合作，對系統進行了反復地設計優化和改進，研發歷時5年多，僅圖紙設計版本多達40多版，最終完成了全面的性能指標測試。
這是技術路線的第一步——尖端化，但投入應用，成本較高。2019年，金魁和趙忠賢院士在東莞松山湖材料實驗室建成了一支10人左右的“實用超導薄膜”研究團隊。
“在松山湖，我們不需要考慮發文章，真正專注、全力以赴地解決應用難題。”金魁說。
2021年年初，他們通過技術集成創新，成功研制出基于國產部件的“三光束脈沖激光共沉積鍍膜系統”，并制備出大尺寸雙面釔鋇銅氧（YBCO）超導單晶薄膜，為我國制備高品質、應用型超導薄膜產品技術帶來新突破。
“我們用了近8年時間，走出了一條從定制到設計，再到核心部件國產化，最后整機國產、尖端、實用化的技術路線，最終解決大面積鍍膜設備‘卡脖子’問題。”金魁說。
如今這臺國產儀器正在向外拓展著，期待被加持著更多“技能”。
團隊力量
“攻克這些難題，都是幾年不出成果，你能不能扛住？”這個問題，金魁被問過無數次。
金魁說，這不是依靠他一個人，背后是整個團隊的力量，尤其是有一批優秀的學生。
他有管理團隊的“妙招”。在團隊里，金魁把“硬骨頭”作為科研主線，同時針對超導領域其它的物理問題和應用基礎作為科研“復線”，由“復線”撐著，保證實驗室的正常運行和持續發展，而主線慢慢往前走，這樣不至于“彈盡糧絕”。
“不過有時候，找到愿意跟我們一起發展技術的學生也比較難。”金魁說。
馮中沛是金魁的博士生。在物理所時，金魁發現馮中沛擅長做超導薄膜和儀器研發，但寫論文“很頭疼”。因此，在“實用超導薄膜”研究團隊組建之時，金魁建議馮中沛到松山湖實驗室做趙忠賢院士的博后，開展應用研究工作。
在這里，他的熱情和能力充分被激發。馮中沛就是“三光束脈沖激光共沉積鍍膜系統”的主要設計和搭建者。
人品和團隊合作意識，是金魁最為看重的學生培養的兩大品質。
金魁時常告訴學生，一定要與不同的團隊多交流，把自己以前所學的知識帶到一個新團隊，跟他們的方向交叉融合，然后找到適合自己的方向。
“不管哪個學生，只要需要，我可以幫他們聯系所內外老師，甚至國外團隊。我鼓勵我的學生去跟外面的人交流，幫他們創造條件。”在金魁看來，某種程度上，他也在跟著學生學習。
從金魁研究組出去的學生，很受歡迎，他們被看重的，是知識扎實、技術過硬、特色鮮明。
一位朋友將科研工作者分為探險者、導游和游客，問金魁愿意做哪種？
“我不是天賦型選手，但想做個探險者。”金魁說，“前路更需堅定、專注，需要足夠耐心。”
金魁正在做實驗
金魁（中間）正在與學生討論實驗