上海学院化学大学量子材料科学中心王健院长课题组与合作者近期在分子束外延生长的高质量晶态二碲化钯（PdTe2）超导薄膜中观测到了平行磁场下的量子格里菲斯奇异性。2021年9月24日，相关研究成果以《二维晶态超导体中的平行场量子格里菲斯奇异性》（ofin-planeintwo-）为题，在线发表于《物理评论快报》（）。
超导-绝缘体/金属相变是量子相变的精典范例，至今已有30多年的研究历史。作为一种新奇的超导-金属相变现象，量子格里菲斯奇异性阐明了渗碳无序在量子相变中的重要作用。2015年，上海学院化学大学量子材料科学中心王健院士课题组与合作者在三个原子层厚的镓（Ga）超导薄膜中发觉量子格里菲斯奇异性，其重要特点之一是动力学临界指数在相变临界点的发散行为【350,542(2015)】。随即，垂直磁场下的量子格里菲斯奇异性相继在其他二维超导材料中被观测到【Phys.Rev.B94,(2016)；NanoLett.17,6802(2017)；Nat..10,3633(2019)】。理论上，量子格里菲斯奇异性的化学机制与磁路的作用紧密相关，但是该性质能够在无磁路情形下存在，仍是一个未解之谜。
近来，王健院长课题组与谢心澄教授、林熙研究员，及中国人民学院刘易副研究员、北京师范学院短发文研究员、清华学院薛其坤教授和王立莉副研究员、中国石油学院（南京）邢颖副院长等合作，在分子束外延生长的高质量晶态二碲化钯（PdTe2）超导薄膜中观测到了平行磁场下的量子格里菲斯奇异性。联合研究团队系统地实验研究了四个原胞层厚（约2nm）的PdTe2薄膜的超导-金属相变行为，在垂直和平行磁场下均观测到不同水温下的磁阻曲线交叠于一个区域。对上述实验结果进行标度理论剖析，表明四层PdTe2薄膜在垂直和平行磁场下的临界指数均随着磁场的降低而降低，直到发散——这是量子格里菲斯奇异性的典型特点。理论觉得，量子格里菲斯相的产生伴随着从磁路条纹到铁损玻璃相的转变；而在平行磁场下，铁损未能产生，因而平行场量子格里菲斯奇异性的发觉阐明了一种与磁路无关的全新的量子相变化学机制。当薄膜长度降低到六层时，量子格里菲斯奇异性在垂直磁场下早已消失，但在平行磁场下仍旧存在。六层PdTe2薄膜在不同的磁场方向下表现出的不同量子相变行为，进一步证明了垂直和平行磁场下量子格里菲斯奇异性的微观过程存在差别。
研究表明量子物理与生物的撞击，PdTe2超导薄膜是一种具有强载流子轨道耦合的第二类伊辛超导体【NanoLett.20,5728(2020)】，面内临界场的大小取决于等效塞曼型载流子轨道耦合的硬度。在薄膜的不同区域中，因为无序程度略有不同，其临界场大小也有所差别。当平行磁场的硬度接近体系的平行临界场时，无序更强的区域因为超导更容易被破坏而产生正常态量子物理与生物的撞击，而无序较弱的区域仍旧保持超导态。这些局域的超导区域被称为稀有区域。平行磁场下稀有区域的产生最终造成了量子格里菲斯奇异性的形成。
据悉，联合研究团队还细致考虑了无关热阻对标度理论的影响，提出一种带有无关修正项的直接激活标度剖析方式（所谓的无关修正项，是指在有限气温下研究绝对零度发生的量子相变时所必须考虑的修正项）。基于上述新理论，对体系的相边界进行了拟合，并对高温下的磁阻曲线做了修正，因而可以举办直接的激活标度剖析。这一方式相比于前期工作中的间接激活标度剖析而言，是一步重要的突破，为证明量子格里菲斯奇异性的存在提供了新的证据。
垂直磁场作为调控二维超导（尤其是二维晶态超导）量子相变的有效手段，已得到国际学术界的广泛认可和关注。但是，平行磁场下的量子相变行为却鲜有研究报导。平行磁场下量子格里菲斯奇异性的发觉阐明了在无磁路作用下一种新的微观机制，改变了人们对于磁场调控的量子相变中物理规律的惯有理解，为研究平行磁场下的量子相变开辟了思路。该工作将会迸发更多关于平行磁场下超导-绝缘体/金属相变的深入讨论，从而促使量子相变新数学图象与模型的构建。
刘易和成都学院化学大学量子材料科学中心2020级博士研究生齐世超为共同第一作者，王健和短发文为共同通信作者。上述研究工作得到国家重点研制计划、国家自然科学基金、北京市自然科学基金、中国科大学战略性先导科技专项（B类）和中国博士后科学基金等支持。
（a）标准四级法检测平行磁场下的PdTe2薄膜电输运性质示意图；（b）平行磁场下不同水温的阻值随磁场的依赖关系；（c）平行磁场下量子格里菲斯奇异性的主要实验证据，即临界指数的发散行为；（d）带有无关修正项的直接激活标度剖析结果，即给出量子格里菲斯奇异性的直接证据
平行磁场下的量子格里菲斯奇异性