中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心坐落于安徽省合肥市风景秀丽的科学岛，2008年4月30日经中国科学院批准成立，依托中国科学院合肥物质科学研究院管理（科发人教字〔2008〕133号），其前身是2005年12月20日成立的“合肥强磁场科学技术研究中心”。中心目标：发展强磁... 更多简介 +
稳态强磁场实验装置（SHMFF）是国家“十一五”重大科技基础设施，由中国科学院合肥物质科学研究院与中国科学技术大学联合承建攻关。装置于2008年启动建设，2017年通过国家验收。验收专家组一致认为，SHMFF“磁体技术和综合性能达到国际领先水平”，标志... 更多简介 +
近日，稳态强磁场实验装置（SHMFF）用户北京师范大学聂家财教授、刘海文教授团队利用SHMFF混合磁体、水冷磁体以及极低温输运测试系统，在无限层镍酸盐La0.8Sr0.2NiO2超导薄膜中发现了由量子格里菲斯奇异性（QGS）驱动的各向异性上临界场，为理解镍酸盐超导体的非常规特性提供了新视角。相关成果以“Anisotropic Upper Critical Field beyond the Pauli Limit in a Nickelate Superconductor: Evidence for a Quantum Fluctuation-Driven State”为题发表于国际著名期刊Physical Review Letters，并被选为Editors' Suggestion。
众所周知，当磁场强到将电子自旋极化到一个方向时，自旋单态的超导配对模式就难以发生，经验值为1.86Tc，也称为泡利极限。具有超越泡利顺磁极限上临界场（Hc2）的超导体对于基础科学和高场应用都至关重要。无限层镍氧化物超导体的出现为探索这一现象提供了一个新的舞台。虽然早期关于Nd基镍酸盐的研究揭示了各向同性的Hc2 ，但随后对La和Pr基镍酸盐的研究显示，Hc2各向异性，并明显违反了泡利极限。这种鲁棒的、违反泡利极限的超导电性给传统的理论提出了一个深刻的难题。
聂家财教授和刘海文教授团队此前已经在各向同性超导体Nd0.8Sr0.2NiO2中观察到量子格里菲斯奇异性（QGS），其相关的量子涨落定量解释了低温Hc2的上升。因此，这一关键发现引发了一个核心问题，即QGS相是否也可以解释其他镍酸盐中复杂的、各向异性的泡利极限违反。因此，研究镍基超导体中各向异性的超导-金属转变（SMT），对于检验QGS的普遍性以及确定它是否是解决镍基超导泡利极限难题的关键至关重要。
基于此，该研究团队对La0.8Sr0.2NiO2薄膜中进行了系统研究，利用SHMFF水冷磁体和极低温输运测试系统，在极低温和强磁场（44 T）环境下首次发现了QGS导致的泡利极限违反，上临界场Hc2在超低温下有明显的各向异性和异常的上升，表现出各向异性的SMT（图1）。通过零温附近的标度分析表明，这种SMT的量子临界点揭示了由淬灭无序引起的QGS，其特征是动态临界指数发散（图2）。这些QGS诱导的量子涨落为异常的Hc2上升提供了起源，并揭示了泡利极限违反的关键内在机制。该发现建立了一种微观机制，其中重费米子质量重整化抑制了轨道对断裂，使无序增强的量子涨落能够保持远超泡利极限的超导电性。该研究结果有助于揭示该系统中非常规的超导机制，更为开发在强磁场下仍能工作的新型高温超导材料提供了理论依据。
北京师范大学博士生王雪妍为第一作者，北京师范大学聂家财教授和刘海文教授为本文通讯作者。此项工作得到了国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究项目、广东省量子科学战略专项、北京市自然科学基金重点研究专题等项目的支持。
论文链接：https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/mmpn-gl8z
图1. (a)垂直和(b)面内磁场下的等磁Rs(T)曲线；(c)垂直和(d)面内磁场下，不同电阻分数下的上临界场随温度的变化；(e)垂直和(f)面内磁场下，归一化上临界场Hc2/Hp（泡利极限，Hp=1.86×Tcn%）随温度的变化
图2. (a)垂直和(b)面内磁场下方块电阻Rs与磁场B的关系曲线；(c)垂直和(d)面内磁场下，有限尺寸标度分析给出的临界指数zν。红色实线为基于激活标度定律的拟合曲线，水平的虚线表示zν=1
© 1996 - 强磁场科学中心 版权所有 皖ICP备05001008号-11
地址：安徽省合肥市蜀山湖路350号 邮编：230031 电话：0551-65591149 传真：0551-65591149 邮箱：chmfl@hmfl.ac.cn
