近日波多野结衣作品种子，北京大学物理学院量子材料科学中心王健教讲课题组与合营者在尖晶石氧化物超导体MgTi2O4中不雅测到三维超导到安德森临界绝缘体量子相变，并在其中发现了三维量子格里菲斯奇异性。上述谈判遵循为三维超导体中的量子相变谈判拓荒了新旅途，揭示了量子格里菲斯奇异性在不同维度超导体中的普适性。这一使命以《三维超导到安德森临界绝缘体相变中的量子格里菲斯奇异性》（“Quantum Griffiths Singularity in a Three-Dimensional Superconductor to Anderson Critical Insulator Transition”）为题，于2024年11月26日发表于学术期刊《物理驳倒快报》。

量子相变是指在王人备零温下，系统的量子基态受量子涨落的运转而发生的相变。当今，量子相变已在多种不同的物理系统中被不雅测到，包括超导体系、量子霍尔体系、重费米子体系和超冷原子体系等。领路无序和量子涨落对量子相变的影响照旧成为凝华态物理鸿沟的中枢问题。低维超导体时常具有较强的涨落效应，是谈判量子相变的理念念平台。在前期使命中，北京大学王健课题组与合营者在三个原胞层厚度的Ga薄膜中不雅测到了能源学指数在相变临界点发散的新式量子相变——量子格里菲斯奇异性【Science 350， 542 (2015)】。量子格里菲斯奇异性的发现揭示了无序和耗散关于二维超导量子相变的遑急影响，拓展了量子相变的普适类。而后，王健课题组在多种二维超导体系中不时不雅测到垂直磁场下的普通与反常量子格里菲斯奇异性【Phys. Rev. B 94， 144517 (2016); Nano Lett. 17， 6802 (2017); Nat. Commun. 10， 3633 (2019)】，以及平行磁场下的面内量子格里菲斯奇异性【Phys. Rev. Lett. 127， 137001 (2021)】，将量子格里菲斯奇异性发展为二维超导鸿沟的一个遑急谈判标的。然则，三维超导体的涨落效当令常较弱，难以在其中不雅测到量子格里菲斯奇异性。

连年来，王健课题组对尖晶石结构超导体MgTi2O4薄膜开展了系统的极低温强磁场电输运本质。谈判发现，该体系的垂直和平行上临界场极度左近，平行上临界场致使略低于垂直临界场，同期其超导关系长度远小于薄膜厚度，这是典型的三维超导特征（图1）。当增大垂直或平行磁场时，该体系由超导态滚动为绝缘态。对绝缘态电阻-温度变化弧线的拟合分析标明，该绝缘态的电输运特质主要由费米子主导。因此，在该体系中外加垂直和平行磁场均可衔尾出三维超导到费米型绝缘体的量子相变。更真理的是，在垂直和平行磁场下，该体系的等温磁阻弧线都交叠于一个区域，而不是一个交点。对该区域的有限尺寸标度表面分析标明，体系的能源学临界指数在趋于量子临界点时会以幂函数的形状发散，且幂指数为0.33，诠释注解了三维量子格里菲斯奇异性的存在（图2）。

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图1：(a) 零磁场下MgTi2O4的超导滚动弧线；(b) MgTi2O4的垂直与平行上临界场随温度的依赖关系；(c) 不同角度磁场下的磁阻弧线

图2：(a) MgTi2O4中磁场衔尾的超导-绝缘体相变；(b) 不同温度下的等温磁阻弧线交于一个区域；(c) 三维量子格里菲斯奇异性的主要实考凭证：临界指数zv在趋于量子临界点时发散

超导体中的涨落效当令常不错由超导滚动区域的相对大小来表征，超导滚动区越宽，则涨落效应越强。谈判团队对比了不同维度超导体的滚动区域，发现MgTi2O4的超导滚动区宽度显然跳跃一般的三维超导体系，致使可与二维超导体相相比（图3），这标明MgTi2O4体系具有较强的涨落效应。对MgTi2O4上临界磁场的拟合分析指出，该体系的无序度较高，处于安德森局域化的临界区域。MgTi2O4普通态电阻率的幂次标度拟合截止通常撑捏这一论断。在安德森局域化临界区内，局域化长度（关联长度）将会大于超导关系长度，超导序参量的涨落因此显耀增强。此外，MgTi2O4中的轨说念序与超导相互竞争进一步增强了体系的涨落。强涨落效应最终导致了三维量子格里菲斯奇异性的变成。这项使命不仅对强无序体系中的量子相变机制提供了重智力略，也为三维超导体系中的量子相变谈判拓荒了新的旅途。

图3：(a) 不同超导体系的超导滚动区域相对宽度和临界磁场各向异性；(b) 三维系统中的超导与安德森局域化相图；(c) MgTi2O4中的轨说念序默示图

该使命中波多野结衣作品种子，北京大学物理学院量子材料科学中心博士生王人间超、中国东说念主民大学物理学院刘易副教师、北京大学物理学院量子材料科学中心博雅博士后王子乔和中国科学院物理谈判所博士生陈赋聪（罢了业）为共同第一作家。王健、中国科学院物理谈判所金魁谈判员和北京师范大学物理与天文体院刘海文教师为共同通信作家。其他合营者还包括北京大学物理学院量子材料科学中心谢心澄院士、王垈副教师等。该使命获取了国度要点研发权谋、国度当然科学基金、北京凝华态物理国度谈判中心、中国科学院踏实撑捏基础谈判鸿沟后生团队、材料基因组谈判平台、中国科协后生东说念主才托举工程、北京市科协后生东说念主才托举工程和中央高校基本科研业务费专项资金的撑捏。