量子材料以及量子相變是本世紀凝聚態物理與材料領域的研究熱點。 儘管實驗上在各種二維超導體系發現了量子金屬態的可能跡象，但受低臨界溫度的制約以及外界高頻噪聲的影響，二維量子金屬態的存在及其形成機制仍存在著巨大的爭議，是三十多年來國際學術界一直懸而未決的重要物理問題。
2019年11月14日，電子科技大學電子薄膜與集成器件國家重點實驗室博士生楊超（導師李言榮院士）為第一作者，熊傑教授為通訊作者，張萬里教授、李言榮院士為共同作者在Science 在線發表題為"Intermediate bosonic metallic state in the superconductor-insulator transition"的研究論文，該研究首次在高溫超導納米多孔薄膜中完全證實了量子金屬態的存在。通過調節反應離子刻蝕的時間，在高溫超導釔鋇銅氧（YBCO）多孔薄膜中實現了超導—量子金屬—絕緣體相變。通過極低溫輸運測試發現，超導、金屬與絕緣這三個量子態都有與庫珀電子對相關的h/2e週期的超導量子磁導振盪，證明量子金屬態是玻色金屬態，揭示出庫珀對玻色子對於量子金屬態的形成起到了主導作用。這一發現為國際上爭論了三十多年的量子金屬態的存在提供了有力的證據，併為研究量子金屬態提供了新思路。
iNature發現，這是電子科技大學首次在Science發表重要研究成果。同時，電子科技大學的官網指出：該研究標誌著電子科技大學在高溫超導量子相變領域取得了重大研究進展。
量子材料以及量子相變是本世紀凝聚態物理與材料領域的研究熱點。量子相變與傳統的熱力學相變不同，是在絕對零度下調節非熱力學參量（如磁場、摻雜、壓強、無序度等）而發生的相變，相變點附近量子漲落而非熱漲落起了重要作用。作為量子相變的經典範例，二維超導-絕緣體相變以及超導-金屬相變研究獲得了2015年美國凝聚態物理最高獎巴克利獎。
在二維超導的量子相變過程中，除超導態與絕緣態兩種基態外，是否存在量子金屬態一直是理論與實驗上爭論的焦點。根據安德森標度理論，由於量子干涉效應以及相位相干長度在零溫下發散的特性，載流子在趨於絕對零度時會表現出局域化效應，因此理論上不存在二維量子金屬態。儘管實驗上在各種二維超導體系發現了量子金屬態的可能跡象，但受低臨界溫度的制約以及外界高頻噪聲的影響，二維量子金屬態的存在及其形成機制仍存在著巨大的爭議，是三十多年來國際學術界一直懸而未決的重要物理問題。
圖A-C：納米多孔超導薄膜示意圖；圖D-E：電阻溫度輸運曲線；圖F：量子磁導振盪曲線
量子材料以及量子相變是本世紀凝聚態物理與材料領域的研究熱點。自高溫超導發現以來，二維量子金屬態的存在及其形成機制是三十多年來國際學術界一直懸而未決的重要物理問題。該研究合作首次在高溫超導納米多孔薄膜中完全證實了量子金屬態的存在。通過調節反應離子刻蝕的時間，在高溫超導釔鋇銅氧（YBCO）多孔薄膜中實現了超導—量子金屬—絕緣體相變。通過極低溫輸運測試發現，超導、金屬與絕緣這三個量子態都有與庫珀電子對相關的h/2e週期的超導量子磁導振盪，證明量子金屬態是玻色金屬態，揭示出庫珀對玻色子對於量子金屬態的形成起到了主導作用。
該工作得到了美國科學院院士、斯坦福大學Steven A. Kivelson教授的高度評價，評論文章發表在凝聚態物理雜誌俱樂部上。Steven教授指出：“對於量子金屬起源的探索將會改變我們對量子材料的認識，將極大推動量子器件領域的發展”。
這一發現為國際上爭論了三十多年的量子金屬態的存在提供了有力的證據，併為研究量子金屬態提供了新思路。解析鏈接：
https://news.uestc.edu.cn/?n=UestcNews.Front.Document.ArticlePage&Id=74279
原文鏈接：
https://science.sciencemag.org/content/early/2019/11/13/science.aax5798
閱讀更多 愛科學愛自然 的文章
