近日，beat365官方网站量子材料科學中心王健教授課題組與合作者應邀在物理學著名綜述期刊《物理進展報告》（Reports on Progress in Physics）上以 “二維超導中的量子相變：近期實驗進展綜述”（Quantum phase transitions in two-dimensional superconductors: a review on recent experimental progress）為題發表綜述文章。該工作總結了二維超導領域的量子相變現象，重點介紹量子格裡菲斯奇異性和反常金屬态的前沿研究進展。

近年來，王健課題組與合作者在二維超導體系的量子相變與量子基态研究中取得了一系列重要的原創性成果。2015年，在超薄晶态Ga膜的超導-金屬相變研究中，王健課題組與合作者發現了一種新的量子相變行為——量子格裡菲斯奇異性，其特征是動力學臨界指數在趨于相變臨界點時發散（Science 350, 542-545 (2015)）。這是首次在超導體系和低維體系中觀測到量子格裡菲斯奇異性，為二維超導體系的量子相變研究帶來了新的視角，對超導、磁性材料等量子體系中的臨界行為提供了一種普适性诠釋。這一工作被同期 《科學》（Science ）的視點文章以“無序主導”（Randomness rules）為題進行了重點評述和介紹 (Science 350, 509 (2015))。随後，王健課題組與合作者進一步在不同的二維超導體系中揭示出量子格裡菲斯奇異性的普适性（Physical Review Letters 127, 137001 (2021)；Nature Communications 10, 3633 (2019)；Nano Letters 17, 6802 (2017)；Physical Review B 94, 144517 (2016)等），并被二維材料和液态栅極技術國際權威日本東京大學Iwasa 教授以及美國科學院院士、凝聚态物理最高獎Buckley獎獲得者Goldman教授等不同實驗組進一步證實（Nature Communications 9, 778 (2018)；Nature Communications 9, 4656 (2018)；Physical Review B 99, 054515 (2019)等）。《自然材料綜述》（Nature Reviews Materials）二維超導綜述文章中指出量子格裡菲斯奇異性已成為二維晶體超導領域的三個重要主題之一（Nature Reviews Materials 2, 16094 (2016)）。

2019年，王健課題組與合作者在高溫超導納米多孔薄膜中首次證實了由玻色子主導的二維反常金屬态（Science 366, 1505-1509 (2019)）。二維體系中是否存在反常金屬态是凝聚态物理領域的核心問題。在過去三十年裡，實驗上在多種二維超導體系中觀測到了反常金屬态的可能迹象。然而，由于外界高頻噪聲對實驗的幹擾，二維反常金屬态的實驗結果仍受到廣泛質疑。反常金屬态的直接實驗證據是體系的電阻随着溫度降低表現出飽和特性，在高溫超導YBCO納米多孔薄膜中，電阻飽和溫度高達5 K，相比于傳統超導體系提高了1-2個數量級，大大提升了反常金屬态的穩定性和實驗結果的可信度。此外，高頻濾波器極低溫對照實驗表明，是否添加濾波器對體系電阻在低溫下的飽和規律沒有明顯的作用，有效地排除了外界高頻噪聲對實驗的影響，為反常金屬态的存在提供了可靠的實驗證據。通過系統的極低溫電輸運測試，在反常金屬态觀測到與庫珀電子對相關的h/2e周期的超導量子磁通振蕩，揭示了庫珀對玻色子對反常金屬态的形成起到了主導作用。這一工作結束了國際學術界對于玻色反常金屬态是否存在長達三十年的學術争議（Science 366, 1450-1451 (2019)），對量子材料的理解具有基礎性的重要意義（Steven A. Kivelson, Journal Club for Condensed Matter Physics）。随後，王健課題組與合作者進一步在分子束外延生長的高質量超導薄膜以及過渡族金屬硫化物的薄層超導器件中觀測到了本征反常金屬态的實驗證據（Nano Letters 20, 5728-5734 (2020)；Nano Letters 21, 7486-7494 (2021)等）。這一系列研究進展表明，反常金屬态是二維玻色子體系在超導态和絕緣态之外的第三種量子基态，具有重要的科學意義。

在上述工作的基礎上，王健與合作者在《物理進展報告》撰寫綜述文章，系統闡述了二維超導體系中的量子相變。綜述文章首先簡要回顧了超導-絕緣體相變和超導-金屬相變的研究曆史，量子相變的基本概念以及标度分析。随後重點闡述二維超導體系中量子格裡菲斯奇異性和反常金屬态的前沿研究進展。量子格裡菲斯奇異性和反常金屬态的實驗觀測揭示出無序、量子漲落以及耗散在量子相變中的顯著作用，進一步加深了對超導等宏觀量子态中量子相變的理解。

綜述文章由beat365官方网站量子材料科學中心博雅博士後王子喬、中國人民大學物理學系劉易副教授、beat365官方网站量子材料科學中心博士生冀成成和王健合作撰寫。王健為文章的通訊作者，王子喬和劉易為文章的共同第一作者。該工作得到了科技部國家重點研發計劃、國家自然科學基金、量子物質科學協同創新中心、中科院卓越創新中心、北京市科協青年人才托舉工程、中央高校基本科研基金的支持。

論文鍊接：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6633/ad14f3