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量子材料以及量子相變是本世紀(jì)凝聚態(tài)物理與材料領(lǐng)域的研究熱點。自高溫超導(dǎo)發(fā)現(xiàn)以來，二維量子金屬態(tài)的存在及其形成機(jī)制是三十多年來國際學(xué)術(shù)界一直懸而未決的重要物理問題。電子科技大學(xué)張萬里、熊杰研究團(tuán)隊與北京大學(xué)王健教授團(tuán)隊、林熙研究員課題組、北京師范大學(xué)劉海文研究員、清華大學(xué)姚宏教授、美國布朗大學(xué)James M. Valles Jr 教授、Jimmy Xu教授等合作首次在高溫超導(dǎo)納米多孔薄膜中完全證實了量子金屬態(tài)的存在。通過調(diào)節(jié)反應(yīng)離子刻蝕的時間，在高溫超導(dǎo)釔鋇銅氧（YBCO）多孔薄膜中實現(xiàn)了超導(dǎo)—量子金屬—絕緣體相變。通過極低溫輸運測試發(fā)現(xiàn)，超導(dǎo)、金屬與絕緣這三個量子態(tài)都有與庫珀電子對相關(guān)的h/2e周期的超導(dǎo)量子磁導(dǎo)振蕩，證明量子金屬態(tài)是玻色金屬態(tài)，揭示出庫珀對玻色子對于量子金屬態(tài)的形成起到了主導(dǎo)作用。

圖A-C：納米多孔超導(dǎo)薄膜示意圖；圖D-E：電阻溫度輸運曲線；圖F：量子磁導(dǎo)振蕩曲線

該工作得到了美國科學(xué)院院士、斯坦福大學(xué)Steven A. Kivelson教授的高度評價，評論文章發(fā)表在凝聚態(tài)物理雜志俱樂部上。Steven教授指出：“對于量子金屬起源的探索將會改變我們對量子材料的認(rèn)識，將極大推動量子器件領(lǐng)域的發(fā)展”。這一發(fā)現(xiàn)為國際上爭論了三十多年的量子金屬態(tài)的存在提供了有力的證據(jù)，并為研究量子金屬態(tài)提供了新思路。

從“十三五”開始，在李言榮院士的帶領(lǐng)下，張萬里教授團(tuán)隊在量子信息材料與器件、二維材料與器件、異質(zhì)異構(gòu)集成技術(shù)等前沿交叉領(lǐng)域積極謀劃和布局，在Science、Nature Chemistry、Nature Communications、Advanced Materials等國際著名期刊發(fā)表系列創(chuàng)新性研究成果，牽頭獲得國家技術(shù)發(fā)明二等獎，這些成果顯著提高了我校在電子薄膜材料與器件領(lǐng)域的國內(nèi)外影響力。

論文鏈接：

https://science.sciencemag.org/content/early/2019/11/13/science.aax5798

量子材料以及量子相變是本世紀(jì)凝聚態(tài)物理與材料領(lǐng)域的研究熱點。量子相變與傳統(tǒng)的熱力學(xué)相變不同，是在絕對零度下調(diào)節(jié)非熱力學(xué)參量（如磁場、摻雜、壓強(qiáng)、無序度等）而發(fā)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(jīng)典范例，二維超導(dǎo)-絕緣體相變以及超導(dǎo)-金屬相變研究獲得了2015年美國凝聚態(tài)物理最高獎巴克利獎。在二維超導(dǎo)的量子相變過程中，除超導(dǎo)態(tài)與絕緣態(tài)兩種基態(tài)外，是否存在量子金屬態(tài)一直是理論與實驗上爭論的焦點。根據(jù)安德森標(biāo)度理論，由于量子干涉效應(yīng)以及相位相干長度在零溫下發(fā)散的特性，載流子在趨于絕對零度時會表現(xiàn)出局域化效應(yīng)，因此理論上不存在二維量子金屬態(tài)。盡管實驗上在各種二維超導(dǎo)體系發(fā)現(xiàn)了量子金屬態(tài)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(tài)的存在及其形成機(jī)制仍存在著巨大的爭議，是三十多年來國際學(xué)術(shù)界一直懸而未決的重要物理問題。