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2022年1月12日，國際著名期刊《Nature》發表了電子科技大學題為《玻色子體系中的奇異金屬態》（Signatures of a strange metal in a bosonic system）的研究論文，首次在高溫超導體中發現并證實了玻色子奇異金屬。該工作是電子科技大學電子薄膜與集成器件國家重點實驗室李言榮院士團隊為主完成的，博士生楊超為第一作者，熊杰教授為第一通訊作者。這是該團隊繼2019年在《Science》上首次報道實驗發現量子金屬態后，在量子科技領域取得的又一重大發現。

國際著名理論物理學家、美國科學院院士Chandra M. Varma發表專題評論文章，高度評價玻色子奇異金屬的發現是凝聚態物理領域的重大突破。Nature審稿人評價此工作是引領量子理論發展的transformative變革性成果。同時，Nature配發專題亮點評述文章，評價這項工作突破了現有對奇異金屬態與無序超導體的認知框架，將推動凝聚態物理學領域向前邁出一大步。這一發現為理解凝聚態物理中奇異金屬的物理規律、揭示奇異金屬的普適性、完善量子相變理論奠定了重要的科學基礎，對揭示耗散效應對玻色子量子相干的定量影響，推動未來低能耗超導量子計算以及極高靈敏量子探測技術的發展具有重要的理論和實際意義。

YBCO納米網孔薄膜中量子金屬-絕緣體量子相變點附近的奇異金屬態

（a）輸運特性曲線，（b）線性磁電阻曲線，（c）霍爾電阻Rxy隨溫度的變化曲線，（d）玻色子奇異金屬相圖

宇宙中的基本粒子分為費米子與玻色子兩種。其中，人類社會目前賴以生存的電子工業與器件發展幾乎完全基于費米子體系，但由于能耗高、損耗大，物理尺寸已近極限，面臨性能持續提升的瓶頸問題，無法滿足快速增長的信息傳輸需求。而以高溫超導體為代表的玻色子器件，具有完美的零損耗能量傳遞特性，有望帶來電子信息工業的革命性變化。奇異金屬，顧名思義，與普通金屬不同，其電阻率與溫度成正比，存在于銅基高溫超導體中，是一種電子之間高度量子糾纏的新物質狀態，其混亂程度趨向于量子力學極限。早在三十年前，科學家們就發現了費米子奇異金屬，但是否存在玻色子奇異金屬是長期以來難以攻克的科學難題。

電子科技大學李言榮院士、熊杰教授研究小組，與美國布朗大學James M. Valles Jr 教授，北京大學謝心澄院士、王健教授，北京師范大學劉海文研究員，四川大學等合作者們協同攻關，成功突破了費米子體系的限制，首次在玻色子體系中誘導出奇異金屬態。研究團隊通過在高溫超導釔鋇銅氧（YBCO）薄膜中精準構筑納米網孔陣列，實現了對玻色子相干性、耗散能等物性的跨尺度調控，在量子相變臨界區發現了電阻隨溫度與磁場線性變化的奇異金屬態。同時，低于超導臨界溫度時，體系霍爾電阻急劇減少為零，并且存在與庫珀電子對相關的h/2e超導量子磁電阻振蕩，證明體系的載流子是玻色子。進一步通過標度分析，發現玻色子奇異金屬的電阻由溫度與磁場簡單的線性相加決定，證明了電阻在量子臨界區與體系內在的能量尺度無關，滿足標度不變的關系，揭示了玻色子在量子臨界區存在奇異的動力學行為；建立了玻色子奇異金屬的完備相圖，闡釋了玻色系統耗散量子相變的物理圖像。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-04239-y

2019年11月14日，國際著名期刊《Science》以“first release”形式刊發《超導-絕緣相變中的玻色金屬態》（Intermediate bosonic metallic state in the superconductor-insulator transition），我校電子薄膜與集成器件國家重點實驗室博士生楊超（導師李言榮院士）為第一作者，熊杰教授為通訊作者，張萬里教授、李言榮院士為共同作者。這是我校首次以第一單位在《科學》正刊上發表研究成果，該發現是在我校國家重點實驗室做出的原創成果，標志著我校在高溫超導量子相變領域取得了重大研究進展。

量子材料以及量子相變是本世紀凝聚態物理與材料領域的研究熱點。自高溫超導發現以來，二維量子金屬態的存在及其形成機制是三十多年來國際學術界一直懸而未決的重要物理問題。電子科技大學張萬里、熊杰研究團隊與北京大學王健教授團隊、林熙研究員課題組、北京師范大學劉海文研究員、清華大學姚宏教授、美國布朗大學James M. Valles Jr 教授等合作首次在高溫超導納米多孔薄膜中完全證實了量子金屬態的存在。通過調節反應離子刻蝕的時間，在高溫超導釔鋇銅氧（YBCO）多孔薄膜中實現了超導—量子金屬—絕緣體相變。通過極低溫輸運測試發現，超導、金屬與絕緣這三個量子態都有與庫珀電子對相關的h/2e周期的超導量子磁導振蕩，證明量子金屬態是玻色金屬態，揭示出庫珀對玻色子對于量子金屬態的形成起到了主導作用。

圖A-C：納米多孔超導薄膜示意圖；圖D-E：電阻溫度輸運曲線；圖F：量子磁導振蕩曲線

該工作得到了美國科學院院士、斯坦福大學Steven A. Kivelson教授的高度評價，評論文章發表在凝聚態物理雜志俱樂部上。Steven教授指出：“對于量子金屬起源的探索將會改變我們對量子材料的認識，將極大推動量子器件領域的發展”。這一發現為國際上爭論了三十多年的量子金屬態的存在提供了有力的證據，并為研究量子金屬態提供了新思路。

從“十三五”開始，在李言榮院士的帶領下，張萬里教授團隊在量子信息材料與器件、二維材料與器件、異質異構集成技術等前沿交叉領域積極謀劃和布局，在Science、Nature Chemistry、Nature Communications、Advanced Materials等國際著名期刊發表系列創新性研究成果，牽頭獲得國家技術發明二等獎，這些成果顯著提高了我校在電子薄膜材料與器件領域的國內外影響力。

量子材料以及量子相變是本世紀凝聚態物理與材料領域的研究熱點。量子相變與傳統的熱力學相變不同，是在絕對零度下調節非熱力學參量（如磁場、摻雜、壓強、無序度等）而發生的相變，相變點附近量子漲落而非熱漲落起了重要作用。作為量子相變的經典范例，二維超導-絕緣體相變以及超導-金屬相變研究獲得了2015年美國凝聚態物理最高獎巴克利獎。在二維超導的量子相變過程中，除超導態與絕緣態兩種基態外，是否存在量子金屬態一直是理論與實驗上爭論的焦點。根據安德森標度理論，由于量子干涉效應以及相位相干長度在零溫下發散的特性，載流子在趨于絕對零度時會表現出局域化效應，因此理論上不存在二維量子金屬態。盡管實驗上在各種二維超導體系發現了量子金屬態的可能跡象，但受低臨界溫度的制約以及外界高頻噪聲的影響，二維量子金屬態的存在及其形成機制仍存在著巨大的爭議，是三十多年來國際學術界一直懸而未決的重要物理問題。

論文鏈接：https://science.sciencemag.org/content/early/2019/11/13/science.aax5798