刘易：二维晶态超导体中观测到量子格里菲斯奇异性
科海拾贝
Research Highlights
本期我们介绍的是中国人民大学物理学系刘易研究员最近发表在Physical Review Letters 的文章Observation of in-plane quantum Griffiths singularity in two-dimensional crystalline superconductors, Yi Liu#, Shichao Qi#, Jingchao Fang, Jian Sun, Chong Liu, Yanzhao Liu, Junjie Qi, Ying Xing, Haiwen Liu*, Xi Lin, Lili Wang, Qi-Kun Xue, X. C. Xie, and Jian Wang*
[Physical Review Letters, 2021,127:137001]
论文简介
本工作在二维晶态超导体中观测到平行场量子格里菲斯奇异性，揭示量子相变新机制。
原文摘要
Quantum Griffiths singularity (QGS) reveals the profound influence of quenched disorder on the quantum phase transitions, characterized by the divergence of the dynamical critical exponent at the boundary of the vortex glasslike phase, named as quantum Griffiths phase. However, in the absence of vortices, whether the QGS can exist under a parallel magnetic field remains a puzzle. Here, we study the magnetic field induced superconductor–metal transition in ultrathin crystalline PdTe2 films grown by molecular beam epitaxy. Remarkably, the QGS emerges under both perpendicular and parallel magnetic field in four-monolayer PdTe2 films. The direct activated scaling analysis with a new irrelevant correction has been proposed, providing important evidence of QGS. With increasing film thickness to six monolayers, the QGS disappears under perpendicular field but persists under parallel field, and this discordance may originate from the differences in microscopic processes. Our work demonstrates the universality of parallel field induced QGS and can stimulate further investigations on novel quantum phase transitions under parallel magnetic field.
[Physical Review Letters, 2021,127:137001]
寻幽问径
Scholar Insights
刘
易
教授
科技部“973计划”首席科学家
国家青年海外高层次人才
2013年本科毕业于北京大学物理学院，2019年博士毕业于北京大学物理学院量子材料科学中心，并在中心继续开展博士后研究工作。2021年加入中国人民大学物理学系任研究员，主要从事低维超导体的制备与物性研究，重点关注低维超导体系的新奇量子态与量子相变等。
您开展这项研究的动机是什么？为什么这个方向会吸引您？
超导-绝缘体与超导-金属相变是量子相变的经典范例，至今已有三十多年的研究历史。量子格里菲斯奇异性作为一种新奇的超导-金属相变现象，揭示了淬火无序在量子相变中的重要作用，是超导领域的前沿研究方向，引起了国际学术界的广泛关注。之前相关实验研究主要是通过垂直磁场调控量子相变来观测量子格里菲斯奇异性。这一新奇的量子现象能否存在于平行磁场是一个非常有趣的问题，对这个问题的深入研究有望揭示量子相变的新机制。
完成这项研究需要采取什么领先或特殊的计算方法/实验手段？
这项研究采取极低温强磁场电输运实验技术。我们在50 mK的极低温和16 T的强磁场下开展了精密的电输运实验研究，获得了高质量实验数据，为进一步物理分析打下了基础。
研究过程中遇到的最大困难是什么？最后如何克服了？
这项研究的主要实验数据是在2020年新冠疫情期间获得的。受疫情的影响，当时实验室难以正常运转，一开始实验进展比较缓慢。后来，我与合作者通过线上与线下相结合的方式，克服了很多困难，不仅获得了高质量的实验数据，也成功地推进了物理分析和讨论。
研究结果的创新性和重要性具体体现在哪些方面？
平行磁场下量子格里菲斯奇异性的发现揭示了一种新的量子相变微观机制，改变了对于磁场调控的量子相变中物理规律的原有理解，为研究平行磁场下的量子相变开辟了新的思路。此外，我们在文章中提出了新的直接激活标度分析方法，给出了量子格里菲斯奇异性的新证据。该工作将会激发更多关于平行磁场下超导-金属相变的深入讨论，进而推动关于量子相变的新物理图像与模型的建立。
您的合作者提供了哪些帮助？如何看待这项研究？
我们与北京大学、清华大学、北京师范大学和中国石油大学（北京）等高校的合作者开展了深入的合作，在电输运实验和理论分析等诸多方面都得到了合作者的支持和帮助，使这项研究能够顺利开展。
论文在投审稿过程中遇到了什么让您记忆深刻的事情？
在审稿过程中，审稿人对我们的工作提出了非常有价值的修改意见，帮助我们进一步提升了文章。审稿人认为这项工作的研究意义将超越超导领域，对其他体系的量子相变也会产生深远的影响。
您将会继续深入相关的研究工作吗？有什么具体的期待？
我们打算继续开展多种二维超导体系中的量子相变研究，重点关注高温超导等非常规超导体系，并运用微纳加工技术对二维超导体系的性质进行调控，期待能发现新的量子物态与量子相变。
能否分享您在研究探索过程中的某些难忘时刻，比如曾经想要放弃，或者豁然开朗的顿悟。
量子格里菲斯奇异性的一个重要特征是临界指数在趋于量子临界点时会表现出发散行为，满足激活标度律。前期工作均使用间接的方法来分析量子格里菲斯奇异性的实验结果。如何直接运用激活标度律得到量子格里菲斯奇异性更加可靠的证据是一个非常关键的问题。我们与理论合作者通过不断的分析和讨论，经过多年的努力，终于提出了一种新的直接激活标度分析方法，解决了间接方法中的不足之处，获得了量子格里菲斯奇异性的关键实验证据。
/ 附录
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刘易研究员近期另两篇代表性论文：
Intermediate bosonic metallic state in the superconductor-insulator transition
Chao Yang#, Yi Liu#, Yang Wang, Liu Feng, Qianmei He, Jian Sun, Yue Tang, Chunchun Wu, Jie Xiong*, Wanli Zhang, Xi Lin, Hong Yao, Haiwen Liu, Gustavo Fernandes, Jimmy Xu, James M. Valles Jr.*, Jian Wang*, Yanrong Li
[Science, 2019,366:1505-1509]
Interface-induced Zeeman-protected superconductivity in ultrathin crystalline lead films
Yi Liu#, Ziqiao Wang#, Xuefeng Zhang, Chaofei Liu, Yongjie Liu, Zhimou Zhou, Junfeng Wang, Qingyan Wang, Yanzhao Liu, Chuanying Xi, Mingliang Tian, Haiwen Liu*, Ji Feng, X.C. Xie, Jian Wang*
[Physical Review X, 2018,8:021002]
设计：由理
排版：由理
美编：农民
责编：理趣
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