近期，穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置（SHMFF）用戶吉林大學物理學院王洪波教授及其合作者， 利用SHMFF所屬水冷磁體WM5在高壓下單質(zhì)金屬鈦中發(fā)現(xiàn)反常金屬態(tài)。相關(guān)研究成果于2023年04月25日在線發(fā)表于《美國科學院院刊》（PNAS）。

　　費米液體理論是物理學領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論之一，成功描述了金屬在低溫條件下的輸運行為。然而，反常金屬態(tài)的行為違背了這一傳統(tǒng)的金屬輸運理論。反常金屬態(tài)最初是在二維無序體系中被發(fā)現(xiàn)，后續(xù)相關(guān)研究主要集中在二維材料上。迄今為止，三維系統(tǒng)中的反常金屬態(tài)行為鮮見報道，這在一定程度上阻礙了人們對其內(nèi)在機制的深入研究。

　　本工作中，該研究團隊在高度壓縮的三維金屬鈦中觀測到反常金屬態(tài)。在135 GPa的壓強下，單質(zhì)鈦的超導轉(zhuǎn)變溫度高達25.1 K；在強的外磁場下，金屬鈦的電阻在超導轉(zhuǎn)變溫度附近出現(xiàn)驟降，但是在低溫下飽和在一個定值，并且展現(xiàn)了巨磁電阻效應(yīng)，這些反常的輸運行為揭示了超導態(tài)至反常金屬態(tài)的轉(zhuǎn)變。另外，該團隊構(gòu)建了單質(zhì)鈦在超高壓下的溫度-磁場相圖，展示了正常態(tài)、超導態(tài)和反常金屬態(tài)之間的轉(zhuǎn)變，這與傳統(tǒng)的三維超導體不同。在傳統(tǒng)的二維體系中，電子關(guān)聯(lián)、無序、量子限域效應(yīng)等因素引起的復雜行為可能與反常金屬態(tài)共存并相互影響，阻礙了對機制的理解。三維單質(zhì)鈦提供了一個簡單的材料平臺，對于拓展反常金屬態(tài)的研究領(lǐng)域和推進對其物理機制的理解具有重要意義。

　　吉林大學物理學院2021級博士研究生王奎、吉林大學鼎新學者劉暢博士和劉廣韜副教授為本文的共同第一作者。吉林大學物理學院王洪波教授和馬琰銘教授，以及美國內(nèi)達華大學拉斯維加斯分校Changfeng Chen教授為本文的共同通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金和中國科學院戰(zhàn)略重點研究計劃的資助。

　　論文鏈接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2218856120 

　　圖：超高壓下單質(zhì)鈦中反常金屬態(tài)的實驗證據(jù)以及溫度-磁場相圖