近期，穩態(tài)強磁場(chǎng)實(shí)驗裝置（SHMFF）用戶(hù)吉林大學(xué)物理學(xué)院王洪波教授及其合作者， 利用SHMFF所屬水冷磁體WM5在高壓下單質(zhì)金屬鈦中發(fā)現反常金屬態(tài)。相關(guān)研究成果于2023年04月25日在線(xiàn)發(fā)表于《美國科學(xué)院院刊》（PNAS）。

　　費米液體理論是物理學(xué)領(lǐng)域的基礎理論之一，成功描述了金屬在低溫條件下的輸運行為。然而，反常金屬態(tài)的行為違背了這一傳統的金屬輸運理論。反常金屬態(tài)最初是在二維無(wú)序體系中被發(fā)現，后續相關(guān)研究主要集中在二維材料上。迄今為止，三維系統中的反常金屬態(tài)行為鮮見(jiàn)報道，這在一定程度上阻礙了人們對其內在機制的深入研究。

　　本工作中，該研究團隊在高度壓縮的三維金屬鈦中觀(guān)測到反常金屬態(tài)。在135 GPa的壓強下，單質(zhì)鈦的超導轉變溫度高達25.1 K；在強的外磁場(chǎng)下，金屬鈦的電阻在超導轉變溫度附近出現驟降，但是在低溫下飽和在一個(gè)定值，并且展現了巨磁電阻效應，這些反常的輸運行為揭示了超導態(tài)至反常金屬態(tài)的轉變。另外，該團隊構建了單質(zhì)鈦在超高壓下的溫度-磁場(chǎng)相圖，展示了正常態(tài)、超導態(tài)和反常金屬態(tài)之間的轉變，這與傳統的三維超導體不同。在傳統的二維體系中，電子關(guān)聯(lián)、無(wú)序、量子限域效應等因素引起的復雜行為可能與反常金屬態(tài)共存并相互影響，阻礙了對機制的理解。三維單質(zhì)鈦提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的材料平臺，對于拓展反常金屬態(tài)的研究領(lǐng)域和推進(jìn)對其物理機制的理解具有重要意義。

　　吉林大學(xué)物理學(xué)院2021級博士研究生王奎、吉林大學(xué)鼎新學(xué)者劉暢博士和劉廣韜副教授為本文的共同第一作者。吉林大學(xué)物理學(xué)院王洪波教授和馬琰銘教授，以及美國內達華大學(xué)拉斯維加斯分校Changfeng Chen教授為本文的共同通訊作者。該工作得到了國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院戰略重點(diǎn)研究計劃的資助。

　　論文鏈接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2218856120 

　　圖：超高壓下單質(zhì)鈦中反常金屬態(tài)的實(shí)驗證據以及溫度-磁場(chǎng)相圖