体材料2H-NbSe2中轨道FFLO态（Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov）的突破性证据：超越传统超导极限的三维实现

研究团队通过高分辨率磁化与扭矩测量，在严格平行于2H-NbSe2基面的磁场下，首次在体材料中发现轨道FFLO态的热力学证据。该研究揭示了磁场角度依赖的Pauli极限行为、超导态内可逆的阶跃异常及六重对称的上临界场调制，为解决超导材料在强磁场下的稳定性机制提供了新视角，为拓扑超导与量子计算材料设计开辟了新路径。

　　

论文解读

超导材料的磁场困境与破局

当超导体遭遇强磁场时，通常会面临两种“杀手”：轨道效应引发的涡旋破坏，以及Pauli顺磁效应导致的电子对分裂。传统超导材料往往在远低于理论Pauli极限的磁场下就“缴械投降”，但某些层状材料却展现出惊人的抗磁能力。2H-NbSe₂作为过渡金属二硫族化物（TMD）中的“明星材料”，其薄层样品曾被报道存在奇特的轨道FFLO态——一种通过空间调制超导序参量来抵抗高磁场的量子态。然而，这种状态是否能在体材料中存在，一直是悬而未决的科学谜题。

香港科技大学（The Hong Kong University of Science and Technology）的Chang-woo Cho、Rolf Lortz等研究者通过精妙的实验设计，在厚度达100微米的2H-NbSe₂单晶中捕捉到了轨道FFLO态的“蛛丝马迹”。他们发现，当磁场严格平行于材料层时，超导态内部会出现一个可逆的相变边界，伴随着上临界场的六重对称调制和弱一级相变特征。这些发现不仅将二维极限下的奇异量子态拓展至三维体系，更揭示了轨道效应与自旋自由度间意想不到的协同作用。相关成果发表于《Nature Communications》。

关键技术方法

研究团队采用三项核心技术：1）亚毫度精度的磁场平行对准技术，确保磁场与NbSe₂基面夹角<0.1°；2）高灵敏度电容悬臂扭矩测量，检测超导态内微弱的各向异性响应；3）场角分辨电阻测量，绘制上临界场的六重对称性图谱。所有数据均通过零场冷却（ZFC）和场冷却（FC）条件下的直流磁化测量交叉验证。

研究结果精要

1. 磁化数据的反常信号

通过5 Oe弱场下的磁化曲线确认了T_c=7.2 K的超导转变（图1a）。在1-7 T高场区域，温度导数dM/dT在3 T以上出现峰状异常（图1c），暗示Pauli顺磁效应开始主导相变过程。

2的直流磁化数据。(a)零场冷却(ZFC)与场冷却(FC)曲线；(c)dM/dT显示3T以上出现一级相变特征'>

2. 扭矩测量的相变证据

0.3 K下的扭矩曲线（图2a）在8 T附近出现可逆的阶跃异常（标记为H_FFLO），与有机超导体κ-(BEDT-TTF)₂Cu(NCS)₂的FFLO态特征高度相似（图2c）。场导数数据（图2d）将该相变线追踪至2.4 K。

FFLO处的阶跃异常；(c)与有机FFLO超导体的对比'>

3. 六重对称的临界场调制

10 T场下，上临界场T_c(H)呈现明显的六重对称性（图4a），而5 T时该特征几乎消失（图4b），表明六重调制是轨道FFLO态的本征属性。

理论启示与科学意义

研究团队提出三维轨道FFLO态的形成机制（图5a）：在低场区，层间约瑟夫森耦合维持均匀超导态（q=0）；随着磁场增强，相邻层间形成相位相反的库珀对动量（±q），通过约瑟夫森涡旋阵列实现三维扩展。这一模型成功解释了为何在体材料中仍能观测到原本认为仅存在于二维体系的量子现象。

该研究颠覆了传统认知——强轨道效应曾被认为会抑制FFLO态的形成，但2H-NbSe₂体材料中轨道效应与Ising自旋轨道耦合的协同作用，反而催生出新的稳定机制。这一发现为设计抗磁超导器件提供了新思路，并暗示在铁基超导体、有机超导体等多元体系中可能存在尚未发现的轨道FFLO态变体。未来通过压力调控、离子插层等手段进一步削弱层间耦合，有望在更多体材料中实现这一奇异物态的人工操控。