超导与奇异金属性的量子关联：原位超流密度测量揭示非常规超导体统一机制

本研究通过离子门控FeSe薄膜的原位超流密度(ρs)测量，首次揭示了零温超流密度ρs0与奇异金属电阻系数A1□的线性标度关系，该规律在铁基和铜氧化物超导体中普遍成立。研究结合二维Yukawa-Sachdev-Ye-Kitaev(2D-YSYK)模型，提出量子临界涨落与无序协同作用机制，为理解非常规超导与奇异金属性的内在关联提供了统一框架。

　　

在凝聚态物理的"圣杯"问题中，非常规超导体与奇异金属态的关系始终笼罩着迷雾。从铜氧化物到铁基材料，这些材料在超导转变温度T_c之上普遍表现出反常的T-线性电阻行为，被称作"奇异金属"。尽管数十年研究，超导凝聚与奇异金属传输的量子关联机制仍是未解之谜。问题的核心在于：超流密度ρ_s（反映库珀对相位刚度）如何与奇异金属散射率A₁建立定量联系？传统BCS理论对此束手无策，而实验上精确调控超导态并同步测量ρ_s的技术挑战巨大。

这项发表在《Science Advances》的研究开辟了新路径。研究人员采用离子液体门控(ILG)技术对FeSe薄膜进行原位电子掺杂，结合自主研发的两线圈互感测量(TCMI)装置，首次实现了超流密度随T_c演化的"操作中"(operando)观测。关键技术包括：1）通过DEME-TFSI离子液体门控实现单样品T_c从11K到43K连续调控；2）基于快速小波配置(FWC)算法精确求解伦敦方程，获得绝对超流密度值；3）结合输运测量提取T-线性电阻系数A₁^□；4）采用二维YSYK模型进行理论计算。

【RESULTS】

• Operando superfluid density measurements

通过60nm厚FeSe/LiF薄膜的TCMI测量，观察到门控态与原始态的超导转变温度T_c与超流密度ρ_s(T)的同步演化。FWC方法计算显示，门控后λ_ab从原始态的1.09±0.09μm^-2显著提升，证实质子掺杂引起体超导调制。

• Dependence of critical temperature on superfluid density

发现T_c∝ρ_s0^0.55±0.11的标度关系，违反传统BCS理论预期。Uemura图分析表明高T_c态（>39K）进入BCS-BEC交叉区，Δ_min/E_F≈0.23证实强耦合特性。

• Scaling of the superfluid density with T-linear resistivity coefficient

构建的相图显示ρ_s0与A₁^□呈线性关系ρ_s0=αA?₁^□（α=0.43±0.02μm^-2ohms^-1K）。该规律在铁基超导体Ba(Fe_1-xCo_x)₂As₂和过掺杂铜酸盐Tl₂Ba₂CuO_6+δ中同样成立。

【DISCUSSION】

研究突破性地揭示了超导凝聚与奇异金属态的普适关联机制。2D-YSYK模型计算表明，空间无序的Yukawa耦合与量子临界涨落协同作用可重现实验观测。这一发现挑战了传统超导理论框架：1）铁基与铜酸盐虽具有不同电子结构和配对对称性（如FeSe为无节点隙，铜酸盐为d波），却遵循相同标度律；2）门控过程中载流子密度与ρ_s0的正相关（FeSe）与过掺杂铜酸盐中的负相关形成鲜明对比，暗示底层物理的普适性。

该研究建立了连接非常规超导与奇异金属性的"桥梁"，为高温超导机理研究提供了新范式。技术层面发展的operando ρ_s测量方法，相比Bo?ovi?团队需12年制备2000个LSCO薄膜的传统方法，实现了单样品高效精准测量。理论层面提出的量子临界-无序协同机制，可能适用于魔角石墨烯、镍酸盐等新兴超导体系，为探索统一超导理论开辟了新途径。