澎湃新聞見習記者 王蕙蓉
1月12日，《自然》發表了電子科技大學的一篇研究論文，題為《玻色子體系中的奇異金屬態》（Signatures of a strange metal in a bosonic system）。該研究首次在高溫超導體中發現並證實了玻色子奇異金屬。這是電子科技大學團隊繼2019年在《科學》雜誌首次報道發現量子金屬態後，在量子科技領域取得的又一重大發現。
該研究主要由電子薄膜與整合器件國家重點實驗室李言榮院士團隊完成，博士生楊超為第一作者，熊傑教授為第一通訊作者。團隊與美國布朗大學James M. Valles Jr 教授，北京大學謝心澄院士、王健教授，北京師範大學劉海文研究員，四川大學等合作者成功突破費米子體系的限制，首次在玻色子體系中誘匯出奇異金屬態。
據瞭解，宇宙中的基本粒子分為費米子與玻色子兩種。其中，人類社會目前賴以生存的電子工業與器件發展主要基於費米子體系。但由於能耗高、損耗大，物理尺寸已近極限，面臨效能持續提升的瓶頸問題，無法滿足快速增長的資訊傳輸需求。
而以高溫超導體為代表的玻色子器件，具有完美的零損耗能量傳遞特性，有望帶來電子資訊工業的革命性變化。
YBCO奈米網孔薄膜中量子金屬-絕緣體量子相變點附近的奇異金屬態
摘要講述，費米液體理論形成了我們對大多數金屬的基本理解，其電阻率來自界限分明的散射粒子的速度。在低溫極限下,特定時間長度的倒數與溫度的平方成正比。然而，不同的量子材料，特別是高溫超導體，表現出在溫度下線性散射率的奇異金屬行為，偏離了這個中心正規化。奇異金屬，與普通金屬不同，其電阻率與溫度成正比，存在於銅基高溫超導體中，是一種電子之間量子高度糾纏的新物質狀態。
研究人員展示了在玻色子系統中，準粒子概念不適用的情況下，奇異金屬所具有的的顯著特徵。團隊透過在高溫超導釔鋇銅氧（YBCO）薄膜中精準構築奈米網孔陣列，實現了對玻色子相干性、耗散能等物性的跨尺度調控，在量子相變臨界區發現了電阻隨溫度與磁場線性變化的奇異金屬態。
YBCO奈米網孔薄膜
同時，低於超導臨界溫度時，體系霍爾電阻急劇減少為零，並且存在與庫珀電子對相關的h/2e超導量子磁電阻振盪，證明體系的載流子是玻色子。進一步透過標度分析，發現玻色子奇異金屬的電阻由溫度與磁場簡單的線性相加決定，證明了電阻在量子臨界區與體系內在的能量尺度無關，滿足標度不變的關係，揭示了玻色子在量子臨界區存在奇異的動力學行為；建立了玻色子奇異金屬的完備相圖，闡釋了玻色系統耗散量子相變的物理影象。
團隊透過將奇異金屬現象學擴充套件到玻色子系統，得到這一研究結果——有一個超越粒子統計學的基本原理在控制著粒子的傳輸。
國際物理學家、美國科學院院士Chandra M. Varma發表專題評論文章，高度評價玻色子奇異金屬的發現是凝聚態物理領域的重大突破。《自然》審稿人評價此研究是引領量子理論發展的變革性成果。《自然》評價這項研究突破了現有對奇異金屬態與無序超導體的認知框架，將推動凝聚態物理學領域向前邁出一大步。
這一發現為理解凝聚態物理中奇異金屬的物理規律、揭示奇異金屬的普適性、完善量子相變理論奠定了重要的科學基礎；對揭示耗散效應對玻色子量子相干的定量影響，推動未來低能耗超導量子計算以及極高靈敏量子探測技術的發展，具有重要的理論和實際意義。
責任編輯：李躍群
校對：丁曉
