自1986年發(fā)現(xiàn)銅氧化物高溫超導(dǎo)體以來，人們從實驗和理論方面對其開展了廣泛的研究，取得了許多重大研究成果，但仍未實現(xiàn)對高溫超導(dǎo)電性全面、統(tǒng)一的理解，高溫超導(dǎo)機理的破解仍被列為二十一世紀(jì)凝聚態(tài)物理研究的重大挑戰(zhàn)之一，人們期待著能在正確理論指導(dǎo)下發(fā)現(xiàn)具有更高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度且更適于應(yīng)用的超導(dǎo)體?？昭〒诫s的銅氧化物超導(dǎo)體具有最高的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度，是高溫超導(dǎo)研究中最受關(guān)注的材料，關(guān)鍵是要理解超導(dǎo)態(tài)是如何從正常態(tài)中產(chǎn)生的。這些正常態(tài)包括贗能隙、反常費米液體相和奇異金屬相等。其中，對奇異金屬相的研究占有特殊的重要地位，這不僅是由于其對應(yīng)著具有最高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的超導(dǎo)基態(tài)和產(chǎn)生費米面重構(gòu)的臨界摻雜量子相變點，而且還連接著贗能隙和反常費米液體態(tài)。
　　這類超導(dǎo)體產(chǎn)生超導(dǎo)電性的基本單元是CuO2面，其常態(tài)性能具有明顯的二維特點。由于二維超導(dǎo)電性的動力學(xué)不穩(wěn)定性導(dǎo)致其研究難度更大，因而已有報道的關(guān)于由二維到三維超導(dǎo)態(tài)躍變的實驗研究極少，這些報道主要是利用具有足夠時間分辨能力的實驗手段（如THz紅外光譜）來進行的。最近，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心超導(dǎo)國家重點實驗室副研究員郭靜、博士周亞洲、博士生黃程、研究員孫力玲等與所內(nèi)及所外的其他研究人員合作，利用高壓下電阻和磁化率測量等綜合實驗方法對具有強二維特性的最佳摻雜Bi-2212高溫超導(dǎo)體進行了系統(tǒng)的研究。
　　他們首次采用了CuO2“面內(nèi)-面間”的高壓原位電阻同步測量技術(shù)和“電阻-磁化率”一體化高壓原位測量技術(shù)。這些測量在技術(shù)上具有很強的挑戰(zhàn)性，在該研究中的成功應(yīng)用，標(biāo)志著物理研究所的這類高壓超導(dǎo)研究實驗測量技術(shù)已達到國際最好水平。他們在最佳摻雜的高溫超導(dǎo)體奇異金屬態(tài)中首次觀測到了壓力誘導(dǎo)的2D-3D超導(dǎo)態(tài)躍變的電阻與磁化率特征。分析表明該2D超導(dǎo)轉(zhuǎn)變表現(xiàn)出類似BKT轉(zhuǎn)變的行為。這些結(jié)果證明該類超導(dǎo)體中的奇異金屬態(tài)是由2D特性主導(dǎo)的。這一發(fā)現(xiàn)不僅為進一步開展對高溫超體的深入研究，為理解超導(dǎo)電性的穩(wěn)定性與奇異量子態(tài)以及贗能隙、反常金屬態(tài)、摻雜量子相變等的關(guān)系提供了重要線索，而且為高溫超導(dǎo)機理的突破提供了新的實驗依據(jù)。該研究結(jié)果在《自然-物理》（Nature Physics）上在線發(fā)表。
　　研究樣品是由美國布魯克海文國家實驗室顧根大研究組提供的高質(zhì)量單晶，他們的樣品多年來已被國內(nèi)外許多研究組利用不同的實驗方法進行過研究。該研究的高壓同步輻射X射線結(jié)構(gòu)分析是在上海光源15U線站上完成的，實驗結(jié)果證實了該研究測得的電阻-溫度曲線上的兩個電阻突降源于相同晶體結(jié)構(gòu)中二維超導(dǎo)態(tài)到三維超導(dǎo)態(tài)之間的轉(zhuǎn)變。
　　該項研究得到科技部（2017YFA0302900，2016YFA0300300，2017YFA0303103）、基金委（11427805, U1532267，11604376）、中科院B類先導(dǎo)專項（XDB25000000)和松山湖材料實驗室的支持。
　　論文鏈接
　　銅氧化物高溫超導(dǎo)體奇異金屬態(tài)中壓力導(dǎo)致的2D-3D超導(dǎo)態(tài)躍變溫度-壓力相圖。(右下)平行-垂直CuO2面電阻原位聯(lián)合測量和平行CuO2面電阻-磁化率一體化原位測量。