💡这项突破是什么?
近日，南京大学物理学院缪峰教授团队与合作者在二维超导体系中取得重要进展，首次揭示了维度驱动的零场反常金属态及其非互易输运行为。该研究通过精确调控二维超导材料的厚度，系统研究了反常金属态的出现条件与维度之间的关系，并首次在零磁场条件下观测到非互易输运行为。
反常金属态是一种介于超导态与正常金属态之间的新奇量子物态，其电阻率在低温下趋于饱和而非发散，违背了传统金属的电阻率随温度降低而增大的规律。尽管反常金属态已在多种二维超导体系中被发现，但其物理起源仍存在争议。缪峰团队与合作者通过精确调控二维超导材料的厚度，系统研究了反常金属态的出现条件与维度之间的关系，并首次在零磁场条件下观测到非互易输运行为。
研究团队利用分子束外延技术制备了高质量的单晶NbSe2薄膜，并通过机械剥离法制备了不同厚度的NbSe2器件。通过系统的电输运测量，团队发现反常金属态的出现与样品厚度密切相关：在较厚的样品中（厚度大于10nm），反常金属态仅在施加垂直磁场时出现；而在较薄的样品中（厚度小于5nm），反常金属态可在零磁场条件下出现。这表明反常金属态的出现是由维度驱动的，即二维体系的量子涨落效应在薄样品中更为显著，从而在零磁场条件下诱导出反常金属态。
更为有趣的是，在薄样品中（器件6，厚度3.5nm），零场反常金属态在不同电流方向下的得到的V-I曲线不重合，表现出非互易输运行为。而在中间厚度样品中（器件5，厚度5.2nm）中，除了施加垂直磁场时出现的非互易输运之外，在温度升高到3.2K左右时也观察到在零磁场条件下非互易输运行为。此外，研究发现零场非互易输运的极性可通过升温–降温过程实现翻转，可能与体系内禀的自发时间反演对称性破缺有关。上述结果不仅为理解二维超导体系中的对称性破缺机制提供了新视角，也为利用此类效应开发超导电子器件提供了思路。
图4.（a–d）器件5在2K条件下，在不同磁场（0.0T、0.02T、0.1T和0.3T）下的V-I曲线。（e）器件5在零磁场和3.2K条件下的V-I曲线。（f）器件5在不同温度下，磁场作用下的二倍频电压信号变化。（g）器件6在零磁场、2K条件下的V-I曲线。（h）经过热循环过程，器件6在零磁场条件下的V-I曲线。
该工作以“层状伊辛超导体中维度驱动的反常金属态及其零场非互易输运”（Dimensionality-driven anomalous metallic state with zero-field nonreciprocal transport in layered Ising superconductors）为题，于2025年8月11日发表于学术期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）。南京大学物理学院缪峰教授与南京理工大学物理学院程斌教授为该工作的共同通讯作者，南京大学物理学院博士后崔艳威，和博士生刘增霖、刘勤、熊俊林为该工作的共同第一作者。北京师范大学刘海文教授提供了理论部分的支持。南京大学物理学院梁世军教授和方涵彦副教授等共同参与了该工作。该工作得到科技部重点研发计划项目、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金前沿技术项目、中国科学院战略重点研究项目、中央高校基本科研业务费等项目的资助，以及固体微结构物理全国重点实验室、人工微结构科学与技术协同创新中心和江苏省物理科学研究中心等的支持。
论文链接：
https://doi.org/10.1103/5qvz-d3vl
团队主页：
https://nano.nju.edu.cn
