超导与磁性这两种量子态，在传统认知中可以说是“水火不容”，但在与铜基高温超导结构相似的无限层镍氧化物中，科学家首次发现了一种奇特的“重入超导相”：当磁场强度较低时，超导态会被抑制并消失；但随着磁场强度增加，超导态却重新显现，并能在45特斯拉以上的高磁场环境中稳定存在。

近日，南方科技大学量子功能材料全国重点实验室/物理系、粤港澳大湾区量子科学中心、清华大学薛其坤-陈卓昱团队与香港城市大学物理系李丹枫团队合作，联合中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心、华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心等单位，利用SHMFF混合磁体极低温电输运测试系统，在铕（Eu）掺杂的无限层镍氧化物薄膜（Sm0.95-xCa0.05EuxNiO2）中，首次观测到由强磁场诱导的重入超导（Re-entrant superconductivity）现象，为探索强关联氧化物中的非常规配对机制提供了全新的实验平台。

来源：南方科技大学理学院

团队通过精细调控Eu（铕）的掺杂浓度，在过掺杂区域捕捉到了这一反常行为：随磁场增强，材料表现出“超导—正常态—超导”的奇特转变，本已消失的超导态竟然“绝地反击”，并在百万倍地磁场的极限强场下依然稳如磐石。通过对“零电阻”与“抗磁性”的双重实验确证，研究人员证实了这种高场超导态的真实性。这一发现极具颠覆性——它表明在特定条件下，磁性相互作用不再是超导的“破坏者”，反而可能成为促进电子配对的“推手”。

传统的重入超导现象对磁场角度非常“挑剔”，通常仅在极窄的角度范围内才能出现。然而，研究团队发现，镍基体系的重入超导具有全角度鲁棒性——在0°到90°的完整范围内均能稳定存在。特别是在高掺杂浓度下，高磁场下的超导态反而比低场态更稳健。这一发现意味着经典的“磁场抵消机制”（Jaccarino-Peter机制）已不足以解释其物理本质。这暗示着磁关联诱导的“非常规配对”在其中扮演了关键角色，为超导物理研究提供了全新的维度。

研究团队还观察到了一系列指向新奇物理的输运特征：在过掺杂样品中，霍尔电阻呈现明显的非线性特征，并在强场下趋于饱和；同时，磁电阻曲线表现出显著的磁滞回线，其温度依赖关系暗示着系统可能存在时间反演对称性破缺。这些现象表明，Eu2+的局域磁矩可能通过强自旋-轨道耦合诱导出复杂的磁性关联，与传导电子发生非平凡的相互作用，进而影响超导配对的稳定性。

自2019年无限层镍氧化物超导体被斯坦福大学Harold Hwang教授课题组首次发现以来，因其电子结构与铜基高温超导体相似而备受关注。此次研究首次在这类较高转变温度（32 K）的氧化物超导体中实现了类似重费米子体系中的奇异量子态，架起了连接高温超导与重费米子物理的桥梁。这项工作为理解强关联电子体系中的磁电相互作用提供了新视角。Eu掺杂镍氧化物作为一个独特的材料平台，使研究者能够在强关联氧化物中探索磁场与超导共存的微观机制，为高温超导机理研究开辟了新的实验方向。

新闻来源：南方科技大学理学院