自1986年銅氧化物高溫超導(dǎo)體發(fā)現(xiàn)以來，科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)其正常態(tài)電阻在低溫下呈現(xiàn)出隨溫度線性變化的規(guī)律。這種“奇異金屬”現(xiàn)象之后也在鐵基及其它超導(dǎo)材料中發(fā)現(xiàn)，說明該現(xiàn)象的普適性，但其與高溫超導(dǎo)電子配對(duì)機(jī)理之間是否存在關(guān)聯(lián)仍不清楚。

2022年，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心超導(dǎo)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室金魁、袁潔、陳其宏團(tuán)隊(duì)基于材料基因工程連續(xù)組分單晶薄膜實(shí)驗(yàn)技術(shù)成功制備出La2-xCexCuO4高溫超導(dǎo)組合薄膜，并結(jié)合跨尺度表征技術(shù)首次揭示了超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc與線性電阻斜率A1間的冪指數(shù)依賴關(guān)系，Tc~A10.5【Nature602,431 (2022)】，隨后又通過離子液體調(diào)控技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)FeSe超導(dǎo)溫度Tc的連續(xù)調(diào)控，并結(jié)合高場輸運(yùn)測量證實(shí)該冪指數(shù)規(guī)律對(duì)此材料同樣成立【Nat. Phys.19,365 (2023)】，表明線性電阻這種奇異金屬性的確與高溫超導(dǎo)電子配對(duì)機(jī)理之間存在很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。為進(jìn)一步揭示奇異金屬和高溫超導(dǎo)間的內(nèi)在聯(lián)系，該團(tuán)隊(duì)通過對(duì)零溫超流密度ρs0的測量，進(jìn)一步探討了高溫超導(dǎo)電性與線性電阻之間的關(guān)系。

圖 基于離子液體調(diào)控-超流密度原位測量技術(shù)揭示FeSe超導(dǎo)凝聚與奇異金屬行為間的定量關(guān)聯(lián)。A、離子液體調(diào)控及超流密度原位測量示意圖。B、調(diào)控過程中FeSe超流密度ρs隨溫度和超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc的系統(tǒng)演化（ρs = λ-2?∝?ns/m*，λ是磁場穿透深度，ns是超導(dǎo)電子濃度，m*是電子有效質(zhì)量）。C、調(diào)控過程中超導(dǎo)態(tài)與奇異金屬態(tài)的同步演化。D、零溫超流密度ρs0與奇異金屬線性電阻斜率A1的關(guān)系。E、基于二維Yukawa-Sachdev-Ye-Kitaev模型計(jì)算的零溫超流密度與線性電阻斜率的關(guān)系。計(jì)算假定了量子臨界漲落與無序散射隨調(diào)控（或化學(xué)摻雜）的協(xié)同變化。

超流密度是刻畫高溫超導(dǎo)電性的一個(gè)重要物理量，但準(zhǔn)確測量超流密度在實(shí)驗(yàn)上存在很大的挑戰(zhàn)，而且也很難與離子液體調(diào)控裝置兼容。為了解決這個(gè)難題，該團(tuán)隊(duì)博士生秦明陽、張若舟等在金魁研究員的指導(dǎo)下研發(fā)了多類雙線圈互感裝置，先后攻克了如小樣品尺寸效應(yīng)誤差【Supercond. Sci. Technol.34,085022 (2021);中國發(fā)明專利 CN117388779A】、薄膜“死層”標(biāo)定【Phys. Rev. Appl.17,054034 (2022)】等難題。在此基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊(duì)最近成功將雙線圈互感技術(shù)與離子液體調(diào)控技術(shù)結(jié)合，在連續(xù)調(diào)控FeSe薄膜Tc的同時(shí)，原位測量了超流密度，并發(fā)現(xiàn)了Tc與ρs0存在如下標(biāo)度率：Tc∝ρs00.55±0.11。結(jié)合之前發(fā)現(xiàn)的Tc與線性電阻系數(shù)A1的關(guān)系，此標(biāo)度律說明ρs0與A1之間存在線性關(guān)聯(lián)：ρs0~A1。這種線性關(guān)系在銅氧化物超導(dǎo)體也成立，說明超導(dǎo)電子配對(duì)與奇異金屬型電子散射之間的關(guān)聯(lián)是高溫超導(dǎo)體系的普適特性，是高溫超導(dǎo)機(jī)理研究的一項(xiàng)重要實(shí)驗(yàn)進(jìn)展。

以上成果以“Correlation between unconventional superconductivity and strange metallicity revealed by operando superfluid density measurements”為題，于2025年8月22日在線發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊Science Advances。該工作在趙忠賢院士和金魁研究員的共同構(gòu)思和指導(dǎo)下完成，張若舟和秦明陽設(shè)計(jì)搭建測量系統(tǒng)并完成離子液體調(diào)控和超流密度原位表征，趙展藝完成薄膜樣品生長，向濤院士、李自翔特聘研究員提供理論支持，美國哈佛大學(xué)Subir Sachdev教授和黎晨遠(yuǎn)完成2d-YSYK模型計(jì)算。該工作得到了國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團(tuán)隊(duì)計(jì)劃、國家重點(diǎn)研究發(fā)展計(jì)劃、北京市科技新星計(jì)劃的支持。

編輯：紫竹小筑