【哈工大（深圳）宣】（理学院 文/图）近日，哈工大（深圳）理学院副教授袁凡奇与荷兰格罗宁根大学教授叶剑挺合作，通过对二硒化铌的临界磁场与临界电流行为的分析与研究，揭示出准二维超导体在面内磁场下诱导出的新非常规超导态，被命名为“轨道Fulde–Ferrell–Larkin–Ovchinnikov态”。该成果以“Orbital Fulde–Ferrell–Larkin–Ovchinnikov state in an Ising superconductor”（《伊辛超导体中的轨道Fulde–Ferrell–Larkin–Ovchinnikov态》）为题发表在全球顶尖期刊《自然》（Nature）上。

据介绍，超导态是电阻为零的特殊物质状态，其中的电子两两配对形成一种新的量子态，被称作“库珀对凝聚态”。在实验与实际应用中，超导体常常需要暴露在强磁场下，因此强磁场下的超导态演化一直以来是超导研究中的重要问题。1964年，两组物理学家分别在理论上提出，在极低温与强磁场下，常规超导态会经过一级相变成为一种新的超导态，后来被称作Fulde–Ferrell–Larkin–Ovchinnikov态，简称FFLO态。在常规的库珀对凝聚态，库珀对的总动量为零，空间分布均匀。在FFLO态，库珀对的总动量非零（FF态），空间分布不均匀（LO态）。FFLO理论提出之后，实验上对FFLO态的寻找始终如火如荼地进行着，在很多重费米子超导体和有机超导体中，通过测量核磁共振与比热容，人们找到了FFLO态存在的证据。这些材料的共性在于，就超导态的破坏效果而言，磁场的顺磁效应强于轨道效应，FFLO态存在于接近绝对零度和高于泡利顺磁极限的相区间。

图1 几种典型的超导态。a为常规超导态，即BCS超导态，b和c为顺磁效应强于轨道效应时的FFLO态，d为轨道效应强于顺磁效应时的轨道FFLO态。e与d对应，显示的是空间中超导态的分布。

 2015年，正在攻读博士学位的袁凡奇便参与了叶剑挺教授团队的研究，发现二硫化钼的超导态对于面内磁场的顺磁效应有很强的屏蔽效应，被称作伊辛超导体[Science 350, 1353 (2015)]。2017年，宾夕法尼亚大学的刘朝星教授进一步提出，双层伊辛超导体中可能存在类似于FFLO态的非常规超导态[Phys. Rev. Lett. 118, 1 (2017)]。2021年开始，袁凡奇与叶剑挺展开进一步合作，研究准二维伊辛超导体在磁场下的性质。叶剑挺与荷兰Radboud University和University of Twente合作，开展了对二硒化铌的临界磁场与临界电流的实验测量，袁凡奇则构造出理论模型，对实验数据进行解释。

该团队发现，就超导态的破坏效果而言，磁场的轨道效应强于顺磁效应，类似于FFLO态的非常规超导态存在于接近临界温度和低于泡利顺磁极限的相区间。他们把这样的非常规超导态命名为轨道FFLO态，与常规的来自于顺磁效应的FFLO态区分。在轨道FFLO态，库珀对的总动量非零（面内），同时空间分布也不均匀（层间）。哈工大（深圳）袁凡奇副教授为该论文的第三作者，是唯一负责理论部分的作者。该研究得到了国家自然基金委面上项目的支持。（编辑 谢梁晖 审核 张惠屏）

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-05967-z