在凝聚態(tài)物理中，理解材料在臨界點上的行為是一個基本的追求。在臨界點上，材料的性質(zhì)會因微小的外部影響而發(fā)生巨大的變化。其中一個這樣的臨界點是薄膜中的超導(dǎo)-絕緣體相變，通過施加磁場可以將超導(dǎo)體轉(zhuǎn)變?yōu)榻^緣體。在二維系統(tǒng)中，預(yù)計該轉(zhuǎn)變會在零溫下表現(xiàn)出明確的量子臨界點 。然而，最近的實驗揭示了一個令人驚訝的轉(zhuǎn)折，在一些弱無序或晶體薄膜中出現(xiàn)了異常金屬 狀態(tài)。

超導(dǎo)是一種迷人的現(xiàn)象，某些材料在臨界溫度以下表現(xiàn)出完美的導(dǎo)電性(零電阻)，這種行為源于庫珀對的形成。然而超導(dǎo)-絕緣體相變破壞了這種微妙的平衡，通過施加磁場，成對的電子變得越來越容易分裂，最終完全破壞超導(dǎo)性，使材料進(jìn)入絕緣狀態(tài)。

由于量子漲落的增強(qiáng)，超導(dǎo)-絕緣體相變在二維系統(tǒng)中特別有趣。這些漲落會掩蓋轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致其在零溫下表現(xiàn)出明確的量子臨界點。在此量子臨界點下，材料表現(xiàn)出臨界縮放行為，其性質(zhì)與微觀細(xì)節(jié)無關(guān)，僅依賴于維數(shù)和普適類。

最近發(fā)表在《自然通訊》的一項研究觀察到一種與傳統(tǒng)量子臨界點圖像的特殊偏差。在一些弱無序或晶體薄膜中，在超導(dǎo)相和絕緣相之間出現(xiàn)異常金屬態(tài)。這種狀態(tài)表現(xiàn)出有限的電阻，但其行為與傳統(tǒng)金屬的行為不同。這種異常金屬態(tài)的起源和性質(zhì)仍然存在激烈的爭論。

一種流行的理論認(rèn)為，異常金屬態(tài)是由超導(dǎo)序參量的強(qiáng)漲落引起的。即使這種材料不再是完美的超導(dǎo)體，庫珀對仍在不斷地形成和斷裂，這些漲落產(chǎn)生了類似金屬的導(dǎo)電性。

另一個解釋提出了異常金屬態(tài)內(nèi)存在“量子渦旋液體”(QVL)。渦旋是超導(dǎo)體中的旋轉(zhuǎn)電流，QVL是這些渦旋的流體狀態(tài)。QVL 內(nèi)部的漲落和相互作用會導(dǎo)致觀察到的異常金屬行為。(www.ws46.com)

了解異常金屬態(tài)的本質(zhì)需要復(fù)雜的實驗技術(shù)來探測它的電和磁特性。其中一種這樣的技術(shù)是能斯特效應(yīng)，它測量的是在存在磁場的情況下材料由于溫度梯度而產(chǎn)生的電壓差。能斯特效應(yīng)對超導(dǎo)序參量的漲落特別敏感，因此是研究異常金屬態(tài)的寶貴工具。

最近的研究利用能斯特效應(yīng)詳細(xì)繪制了異常金屬態(tài)。通過在磁場-溫度平面上詳細(xì)的能斯特效應(yīng)等高線圖，研究者們確定了一個與量子相變相關(guān)的超導(dǎo)漲落的熱-量子交叉線，也被稱為幽靈溫度線。這表明從高溫下的漲落主導(dǎo)狀態(tài)到低溫下的更相干狀態(tài)存在連續(xù)轉(zhuǎn)變，這一發(fā)現(xiàn)支持了異常金屬態(tài)確實是量子臨界點的加寬版本這一說法。

加寬的量子臨界基態(tài)的發(fā)現(xiàn)對我們對超導(dǎo)-絕緣體相變的理解具有重要意義。它表明，轉(zhuǎn)變可能比以前想象的更復(fù)雜，其中無序和材料特性等因素起著關(guān)鍵作用。這一發(fā)現(xiàn)為進(jìn)一步的理論和實驗研究打開了大門。