近日，上?？萍即髮W(xué)物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院翟曉芳課題組在單一界面超導(dǎo)體系中同時(shí)觀(guān)測(cè)到兩種不同的量子臨界行為：量子格里菲斯奇異性和反常量子格里菲斯奇異性。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步揭示了這兩種量子臨界行為的轉(zhuǎn)變主要由超導(dǎo)漲落和自旋軌道耦合強(qiáng)度共同驅(qū)動(dòng)。該成果發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）。

量子相變是指系統(tǒng)在絕對(duì)零溫下受量子漲落驅(qū)動(dòng)所發(fā)生的相變。理解量子相變機(jī)制和量子臨界行為已成為凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的一個(gè)核心問(wèn)題。二維超導(dǎo)體通常具有很強(qiáng)的漲落效應(yīng)，呈現(xiàn)出量子玻色金屬態(tài)、希格斯模、量子格里菲斯奇異性等諸多獨(dú)特且有趣的量子臨界現(xiàn)象，是研究量子相變的理想平臺(tái)。發(fā)生相變時(shí)，臨界指數(shù)隨外界參數(shù)（如磁場(chǎng)，壓力等）變化遵從相同關(guān)系的，通?？蓺w為同一普適類(lèi)。根據(jù)傳統(tǒng)的相變理論，單一系統(tǒng)中往往只呈現(xiàn)一種普適類(lèi)。而在二維超導(dǎo)體中，增強(qiáng)的量子漲落可能會(huì)導(dǎo)致多種量子臨界普適類(lèi)的共存。然而，迄今為止，鮮有這方面的實(shí)驗(yàn)報(bào)道。

翟曉芳團(tuán)隊(duì)通過(guò)精確控制LaAlO₃/KTaO₃ (111)異質(zhì)結(jié)的制備條件，獲得一系列具有不同超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度和自旋軌道耦合強(qiáng)度的界面超導(dǎo)樣品。在此基礎(chǔ)上，開(kāi)展了低溫強(qiáng)磁場(chǎng)的電輸運(yùn)研究，并結(jié)合有限尺寸標(biāo)度理論分析發(fā)現(xiàn)：在低超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度樣品中自旋軌道耦合較弱，體系在趨近于量子臨界點(diǎn)時(shí)臨界指數(shù)隨著磁場(chǎng)增大而迅速增大直至發(fā)散，表現(xiàn)為常規(guī)的量子格里菲斯奇異性；在高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度樣品中自旋軌道耦合很強(qiáng)，體系臨界指數(shù)隨磁場(chǎng)減小而迅速增大直至發(fā)散，呈現(xiàn)出極其罕見(jiàn)的反常量子格里菲斯奇異性。進(jìn)一步分析表明，自旋軌道耦合顯著影響了體系的超導(dǎo)漲落，進(jìn)而調(diào)制了超導(dǎo)-金屬相邊界和量子臨界點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)了量子臨界普適類(lèi)的轉(zhuǎn)換。

這項(xiàng)研究不僅深化了對(duì)LaAlO₃/KTaO₃界面新奇量子臨界現(xiàn)象的理解，更為調(diào)控二維超導(dǎo)體的量子相變研究開(kāi)辟了新前沿。

圖1. (a) LaAlO₃/KTaO₃ (111)器件示意圖。（b）不同樣品的電阻隨溫度變化曲線(xiàn)。（c）KTO-#1樣品和（d）KTO-#2樣品在不同溫度下的等溫磁阻曲線(xiàn), 分別交于一個(gè)區(qū)域。（e）KTO-#1樣品的臨界指數(shù)隨著磁場(chǎng)減小而發(fā)散，表現(xiàn)為反常量子格里菲斯奇異性。（f）KTO-#2樣品的臨界指數(shù)隨著磁場(chǎng)增大而發(fā)散，表現(xiàn)為常規(guī)量子格里菲斯奇異性。

圖2. LaAlO₃/KTaO₃ (111)界面超導(dǎo)體系中量子臨界行為的渡越。隨著超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度和自旋軌道耦合同時(shí)增強(qiáng)，體系從常規(guī)量子格里菲斯奇異性轉(zhuǎn)變?yōu)榉闯Ａ孔痈窭锓扑蛊娈愋浴?/span>

上海科技大學(xué)物質(zhì)學(xué)院博士研究生劉佳與副研究員成龍為本文共同第一作者，翟曉芳教授與成龍為共同通訊作者，上海科技大學(xué)是唯一完成單位。

論文標(biāo)題：Observation of Quantum-Criticality-Class Crossover at the LaAlO?/KTaO? (111) Interface

論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/qp2x-cl3q