近日，南方科技大学量子功能材料全国重点实验室/物理系赵悦副教授团队合作在实验中首次发现全新强关联电子物态，并观测到前所未有的变维反常霍尔态（Transdimensional Anomalous Hall Effect）。该效应不仅与面外轨道磁化耦合，还同时与面内轨道磁化耦合，表现为在平行磁场和垂直磁场下均出现显著的霍尔电阻磁滞回线。这一发现突破了传统反常霍尔效应中"磁化、电流与霍尔电场相互正交"的基本图景，揭示了在有限厚度与层间相干共同定义的“穿越维度”区间内，量子材料中由电子关联与轨道相干协同孕育的新物理。相关成果以"Transdimensional anomalous Hall effect in rhombohedral thin graphite"为题，发表于国际顶尖学术期刊《自然》（Nature）。反常霍尔效应是凝聚态物理中的经典输运现象，也是理解磁性有序与电子轨道运动耦合机制的重要窗口。在传统磁性材料中，该效应通常源于自旋轨道耦合：电子自旋通过该耦合影响其轨道运动，进而产生轨道磁化与霍尔响应。近年来，扭转莫尔体系的研究揭示了另一条路径：即使自旋轨道耦合极弱，强库仑相互作用也可驱动轨道铁磁态，自发打破时间反演对称性并产生反常霍尔效应。然而，无论轨道磁化源于自旋轨道耦合还是电子关联，迄今已知的所有反常霍尔效应与量子反常霍尔效应均遵循一个共同特征：它们本质上源于平面内电子轨道运动所对应的面外轨道磁化，并满足磁化方向M、电流方向J与霍尔电场方向EH彼此正交的关系，即M∝J×EH。在严格二维体系中，电子轨道运动局限于平面内，反常霍尔效应仅能与面外轨道磁化耦合（图1a,d）；而在三维体材料中，当样品厚度远大于相干输运长度时，层间轨道相干性会被散射与退相干迅速破坏，其霍尔响应本质上仍是二维行为的厚度平均（图1b,e）。真正未被探索的，是介于二者之间的“穿越维度”区间——此时样品已非原子级薄层，但厚度也未达到完全丧失层间相干性。在此区间内，电子可同时进行面内与面外的相干轨道运动，从而有望催生一种同时耦合面内与面外轨道磁化的全新反常霍尔效应（图1c, f）。这不仅代表一种新的输运响应，更指向一种超越传统二维/三维极限的全新量子物态。图1.(a)二维反常霍尔效应；(b)三维反常霍尔效应；(c)变维反常霍尔效应，同时伴随面外和面内的轨道环路电流以及轨道磁化；(d)常规反常霍尔效应仅表现出面外磁滞；(e)面内霍尔效应表现为平行外磁场驱动下的线性霍尔响应；(f)变维反常霍尔效应则在面外和平行磁场下均表现出明显磁滞为寻找这一新效应，研究团队选取2–5nm厚（约6–15层）菱方堆垛石墨烯作为研究平台。该体系具有近乎平坦的低能能带与高态密度，外加垂直位移场可进一步调控范霍夫奇点与费米面拓扑，显著增强了电子–电子相互作用。在如此强关联的平带系统中，电子的自旋、谷与轨道自由度易发生自发对称性破缺，可能形成轨道环路电流与自发轨道磁性。研究人员首先在九层菱方石墨烯器件中绘制了载流子密度–位移场二维参数空间相图（图2a），除已知的对称性破缺金属相外，还发现存在一个由强电子关联稳定的新型基态。围绕这一异常相，团队系统开展了平行与垂直磁场下的输运测量，并获得本工作的核心发现：霍尔电阻不仅在垂直磁场下呈现磁滞回线，在平行磁场下也观测到清晰且显著的内禀磁滞回线（图2b和c）。通过严格控制实验条件并排除残余垂直磁场分量等潜在伪效应，研究团队确认该信号具有本征起源，并将这一新现象命名为变维反常霍尔效应。与传统Stoner型铁磁金属中的反常霍尔效应相比，该效应首次展现出巨大的面内轨道铁磁分量，是对反常霍尔效应基本图景的重要拓展。通过多厚度器件的系统对比与理论计算，研究团队进一步揭示了该现象的物理起源：变维反常霍尔效应仅存在于有限的中间厚度窗口——样品过薄时趋近严格二维极限，过厚时则层间相干性被退相干破坏；只有在“穿越维度”区间，电子才能同时维持面内与面外的相干轨道运动。理论计算表明(图2d)，在特定载流子密度与位移场条件下，电子–电子相互作用可驱动体系自发破缺时间反演、旋转与镜面对称性，形成一种特殊的轨道铁磁金属态。在此全新物态中，体系内部可同时产生面外与面内环路电流，分别对应面外与面内轨道磁化，最终导致这一独特的变维反常霍尔效应。图2.(a)n-D相图中变维反常霍尔效应对应区域（绿色）；(b)、(c)扫描平行磁场时测得的霍尔电阻Rxy和扫描垂直磁场时测得的Rxy得到的磁滞回线；(d)理论计算得到的费米面，其中中间的费米面是长程库仑作用驱动形成的新月形费米面轨道铁磁态，是产生变维反常霍尔效应必要条件本研究首次从实验上确立了一个由有限厚度与层间相干共同定义的“穿越维度”电子输运新范式，不仅发现了一种全新的反常霍尔效应类型，更揭示了一种由强电子关联、轨道环路电流与层间相干协同稳定的新型轨道铁磁物态。这一突破将反常霍尔效应的研究从传统二维/三维二分图景拓展至全新的维度连续区间，为多层石墨烯及更广泛范德华量子材料中的强关联轨道物理研究开辟了新方向。南京大学物理学院李庆鑫博士、南方科技大学研究助理教授凡华（现任华南师范大学副研究员）和上海科技大学李敏博士为论文共同第一作者，南京大学物理学院王雷教授、上海科技大学刘健鹏副教授、南方科技大学赵悦副教授以及南京大学物理学院于葛亮教授为共同通讯作者。南科大为论文共同通讯单位。合作单位包括华南师范大学、中国科学院物理研究所、深圳国际量子研究院、复旦大学、北京大学、江苏物理科学研究中心、辽宁省材料实验室、日本物质材料研究所、美国哥伦比亚大学、新加坡国立大学等。该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、江苏省物理科学研究中心、江苏省自然科学基金、合肥国家实验室和中科院北京怀柔极端条件实验室等项目支持。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-026-10471-1

近日，实验室何佳清讲席教授团队在超离子导体研究领域取得新进展，相关成果以“Tracking ultrafast ion diffusion dynamics in AgCrSe2 superionic conductor”为题发表于物理学旗舰期刊 Physical Review X。研究团队在超离子导体 AgCrSe2中发现，原本被认为在快速扩散过程中近乎无序分布的Ag+离子，会动态形成具有短程有序特征的局域结构。这一发现突破了人们对超离子导体中离子结构的传统认知，也为理解离子的快速扩散机制提供了新的视角。超离子导体兼具“液体般”的快速离子扩散能力和“晶体般”的周期性骨架晶格结构，在热电材料、固态电解质和燃料电池等领域具有广阔应用前景，其离子电导率、晶格热导率等关键性质由移动离子在扩散过程中的瞬态局域结构及其与骨架晶格之间的动态协同作用所决定。然而，长期以来，因缺乏同时具备超高时间和空间分辨率的实验手段，其瞬态局域结构始终难以被直接观测。针对此难题, 何佳清团队联合上海交通大学、大湾区大学及新加坡国立大学研究人员，利用兆伏特超快电子衍射（MeV UED）技术，首次在飞秒-埃米尺度上实时观测了超离子导体AgCrSe2中Ag+离子的动态结构演化过程（图1），揭示了离子键长动态收缩与短程有序形成的超快物理过程以及快速离子扩散新机制。图1: 通过飞秒超快电子衍射泵浦-探测技术追踪Ag+离子在AgCrSe2中的超快结构演变与离子扩散过程研究中，团队采用MeV UED技术，以脉宽约30 fs的飞秒激光脉冲激发样品，并以3 MeV高能电子束探测结构响应，实现了约50 fs的时间分辨率和0.01 Å-1的动量空间分辨率。实验在340 K下对AgCrSe2单晶薄膜进行激光激发，清晰记录了特征漫散射环逐步形成的完整动态过程，直接捕捉了Ag+离子从离子迁移被“冻结”的初始状态到开始扩散迁移过程中的瞬态结构演化与运动轨迹（图2）。图2: 在340 K下，使用波长800 nm的激光脉冲激发后，延迟时间分别为(a) 0.95、(b) 4.95和(c) 8.30 皮秒 (ps) 时的差分电子衍射图样研究人员对漫散射环峰位的定量分析表明，激光激发后约1.97 ps内，Ag+离子从长程有序晶格位点上的局域振动状态，迅速演化为具有短程有序特征的二聚体/三聚体结构。其平均Ag+-Ag+键长由“冻结”状态下约3.68 Å收缩至扩散状态下约3.00 Å，变化幅度接近18%。对漫散射环峰宽的分析则发现Ag+离子间的纵向关联长度 约为6.16 Å（图3），恰好对应三个Ag+离子线性排列的尺度，结合漫散射环的各向同性特征，团队证实了瞬态线性三聚体结构的形成，突破了超离子导体中移动离子完全无序分布的传统认知。图3: 漫散射环图样峰位与峰宽的定量分析及Ag+离子动力学为了进一步揭示其物理起源，团队结合实时含时密度泛函理论 (rt-TDDFT) 和基于神经演化势的非平衡分子动力学模拟开展研究。rt-TDDFT 计算表明，激光主要激发CrSe2层中高度局域化的 Cr-3d 电子，能量经电子-声子耦合加热 CrSe2 亚晶格，再通过声子-声子相互作用传递给Ag亚晶格。同时，团队训练了高精度神经演化势，对含11520个原子的大体系进行模拟，成功再现了实验中观测到的二聚体/三聚体结构及其漫散射环特征。理论分析显示，两个Ag+离子的能量最低点正好位于约3.00 Å处，因此键长收缩在能量上有利（图4a）。同时二聚体/三聚体的形成会创造出更多“自由体积”，显著降低邻近离子的迁移能垒，从而实现类液体快速扩散。研究团队进一步定义了晶格差异参数以量化键长收缩程度，并系统比较了Ag⁺、Cu⁺、Na⁺、Li⁺等多种超离子导体，发现扩散激活能与其呈显著反比关系（图4b）。在锂基超离子导体 Li10GeP2S12 的分子动力学模拟中, 团队同样发现了Li+二聚体结构，验证了该机制的普适性。此外，研究还表明对AgCrSe2施加2%拉伸应变可使室温扩散系数提高一个数量级。这一发现为通过晶格应变工程优化固态电解质性能提供了新的设计准则。图4: 动态短程有序Ag+离子结构的起源该研究首次在飞秒时间与原子空间尺度上直接可视化了离子扩散的动态路径，揭示了移动离子自发形成瞬态二聚体/三聚体结构、降低迁移能垒并创造自由体积来实现快速扩散的全新机制，为超离子导体的基础研究与性能优化开辟了新方向。南方科技大学与新加坡国立大学联合培养博士生杨建敏为论文第一作者，何佳清、大湾区大学谢琳副教授和上海交通大学向导教授为共同通讯作者。南方科技大学为论文第一单位。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金、深圳市杰出人才培养基金等项目资助，并获得南科大公共分析测试中心的支持。论文链接：https://doi.org/10.1103/s6rh-7219

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，在无限层镍氧化物超导体研究领域取得重要突破。相关成果以“Field re-entrant superconductivity in Eu-doped infinite-layer nickelates”为题，在国际顶尖学术期刊《自然》（Nature）发表。研究团队在无限层镍氧化物（Sm0.95-xCa0.05EuxNiO2）中首次发现由强磁场诱导的“重入超导”现象（re-entrant superconductivity）。这一发现不仅揭示了稀土磁性与高温超导之间的复杂相互作用，更打破了领域认知，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。在传统认知中，磁场与超导“水火不容”，强磁场会破坏超导态。但在极少数特殊材料中，极强磁场反而能让消失的超导电性“死而复生”，这种现象被称为“重入超导”。此前，这一奇观仅见于转变温度极低（接近绝对零度）的重费米子等体系。本研究首次在镍氧化物超导体系中发现了重入超导，将这一奇异量子态拓展到了更高温的氧化物领域，为探索非常规超导机制开辟了全新方向。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。本研究由香港城市大学、南方科技大学、粤港澳大湾区量子科学中心、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、清华大学等机构合作完成。香港城市大学博士后杨明卫、汤家音，南方科技大学博士生吴显峰为论文共同第一作者。香港城市大学副教授李丹枫、南方科技大学副教授/粤港澳大湾区量子科学中心双聘研究员陈卓昱和粤港澳大湾区量子科学中心汪恒副研究员为论文共同通讯作者。论文作者还包括波士顿学院汪自强教授等。薛其坤院士对论文作出了重要贡献。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、广东省相关研究基金、中国香港特别行政区研究资助局、深圳市研究基金、美国能源部基础能源科学项目等项目的支持。论文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-026-10547-y

近日，南方科技大学物理系和量子功能材料全国重点实验室、粤港澳大湾区量子科学中心刘奇航教授课题组在对称性分类磁性的基础理论研究中取得进展，相关成果以“Symmetry Classification of Magnetic Orders using Oriented Spin Space Groups”为题发表在顶尖学术期刊《自然》（Nature）上。磁性是凝聚态物理重要的研究领域之一，在信息存储、自旋电子学以及量子材料研究中具有重要应用前景。根据系统是否显示宏观磁化，磁有序结构通常被划分为铁磁性（包括亚铁磁）和反铁磁性两大类。然而，随着近年来反铁磁自旋电子学的快速发展以及诸如交错磁体（Altermagnetism）等非常规磁性材料被发现，传统的磁性框架逐渐显现出严密性不足的局限性。究其原因，是过去几十年来，物理学界主要依赖磁空间群框架来描述磁性材料的对称性，而磁空间群操作要求自旋与晶格的旋转保持一致，导致它无法完整描述磁序的几何特性。例如，磁序完全不同的共线铁磁、共线反铁磁和共面反铁磁结构的磁空间群甚至可能完全相同。因此，一个基本问题是，如何从数学方面严格界定铁磁性与反铁磁性的边界？或者说，如何准确定义反铁磁序？具体而言，反铁磁序指的是由于自旋反平行排列导致净自旋磁化强度为零的有序磁几何结构。1948年，反铁磁的发现者奈耳（L. Néel）在零磁化条件下对反铁磁的定义进行了完善，强调具有相反自旋的磁性亚晶格在晶体学上必须是等效的，换句话说，是对称性保护的。一个经典的例子是一维反铁磁链，其中两个磁性亚晶格是通过平移对称性联系在一起的。那么下一个问题是，这种对称性保护应该用何种超越磁空间群的对称性框架描述？为解决这一问题，研究团队采用了最近发展的自旋空间群框架对磁性进行划分。在该框架下，磁序的铁磁-反铁磁二分关系可以由自旋空间群是否强制系统的净自旋为零这一对称性条件严格定义。如果自旋空间群确保原胞内自旋完全补偿，则体系属于反铁磁，否则属于铁磁或亚铁磁。这一结果为磁序分类提供了清晰而严格的数学基础。在此基础上，为了统一传统的磁空间群和新兴的自旋空间群对于磁性材料的理论描述，研究团队进一步提出“定向自旋空间群”（Oriented Spin Space Group，OSSG）的概念。该概念通过标定自旋相对于晶格的具体取向，与自旋空间群构成了多对一的映射关系，并与磁空间群形成“群-子群”的直接映射。图1展示了三种对称性描述之间的关系。自旋空间群允许自旋空间与晶格空间独立旋转，而OSSG通过固定磁矩方向将两者联系起来；当自旋轨道耦合引入后，对称性进一步降低为磁空间群。该框架清晰揭示了自旋轨道耦合导致的对称性变化路径。因此，OSSG可以同时包含自旋空间群和磁空间群的完整信息，成为更加完整充分地描述磁性材料对称性的新方案。图1. OSSG、自旋空间群与磁空间群之间的关系示意图基于此，研究团队发现，在反铁磁的大类中有一种特殊磁性，表现为由自旋轨道耦合诱导的对称性破缺产生净磁化，因此被命名为“自旋轨道磁性”（Spin-Orbit Magnetism）。在不考虑自旋轨道耦合时，其自旋空间群对称性强制要求系统的净自旋磁化为零，因此表现为反铁磁结构；而在引入自旋轨道耦合后，对称性降低，使系统允许产生有限的磁化。换言之，这类材料的自旋序属于反铁磁，但却可以表现出类似铁磁体的宏观物理性质（如反常霍尔效应、磁光克尔效应等）。通过以非共线反铁磁Mn₃Sn为例的理论推导与密度泛函理论计算，研究团队展示了如何通过OSSG预测自旋轨道磁体可以在保持极小净自旋磁化的同时产生明显的磁输运响应，为下一代强抗干扰、高信息密度自旋电子器件提供了潜在优势。为了进一步探索这一理论的材料实现，研究团队通过其开发的在线分析程序FINDSPINGROUP （https://findspingroup.com），对MAGNDATA数据库中2065种实验已知磁性材料进行了系统筛选。结果如图2所示，其中479种材料属于铁磁体系，1586种属于反铁磁体系，而在反铁磁材料中共有224种满足自旋轨道磁体的判据，为未来实验研究提供了大量候选体系。图2. 基于OSSG和磁空间群对称性判据的磁性分类和基于MAGNDATA数据库的磁性材料分类统计该研究基于对称性的铁磁/反铁磁二分法磁序分类，为系统地分析和理解最近涌现的磁性分类提供了统一的概念基础。例如，近期备受关注的交错磁性与该研究提出的自旋轨道磁性，本质上都是反铁磁大类中基于额外物性分类的不同子类，而交错磁体中的反常霍尔效应则源于该材料本身也存在自旋轨道磁性，而非交错磁性本身。此外，该研究统一了磁空间群与自旋空间群两种对称性框架，不仅从对称性理论上重新梳理了磁学的根基，也为寻找更多非常规磁体提供了新的理论工具。论文第一作者包括南科大物理系2019级博士研究生刘云天（现为纽约州立大学布法罗分校博士后）、粤港澳大湾区量子科学中心副研究员陈晓冰，合作者包括物理系2025级博士研究生余雨曈、西班牙巴斯克大学Jesús Etxebarria教授和J. Manuel Perez-Mato教授。刘奇航为论文唯一通讯作者。南方科技大学为论文第一单位。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、广东省量子科学战略专项、广东省计算科学与材料设计重点实验室、自旋芯片与技术全国重点实验室开放基金等项目的支持。文章链接：https://www.nature.com/articles/s41586-026-10401-1

近日，南方科技大学物理系、量子功能材料全国重点实验室、粤港澳大湾区量子科学中心薛其坤-杨硕颖团队在二维超导的本征超导干涉方面取得进展。研究团队在少层二硒化铌（NbSe2）的超导涨落区间首次观测到了周期性的磁阻振荡、超导干涉现象和超导二极管效应。相关成果以“Magnetoresistance Oscillations in Few-Layer NbSe2 in Superconducting Fluctuation Regime”为题发表在物理学期刊Physical Review Letters上，并被评选为“编辑推荐”。当材料被减薄到仅有几个原子层厚度时，其超导体行为会与传统三维超导显著不同。在三维超导体中，库伯对可以在材料内部自由形成相干的宏观量子态，使整个系统表现出完美的零电阻特征。而在二维极限下，库伯对受到空间维度的限制，热涨落和量子涨落的影响会显著增强，从而使超导态变得更加脆弱且对外界扰动更加敏感。这种随维度降低增强的超导涨落效应不仅会影响超导体的电阻和临界温度，还可能导致传统三维超导中不存在的非常规现象，比如反常金属态、局域涡旋的产生，以及超导相位的不均匀分布。图1.水氧敏感材料微纳加工平台2024年，薛其坤-杨硕颖研究团队建立了低维材料器件物理实验室，依托先进的微纳加工技术和低温量子输运测量手段，聚焦低维材料及其异质结中涌现的新奇量子现象研究。历经两年的攻关，实验室已建成面向水氧敏感二维材料的手套箱互连系统，可在惰性气氛中完成材料剥离、表征、堆垛和金属蒸镀等器件制备全过程，为实现高质量量子材料异质结的构筑和低温量子输运测量提供了关键支持。本研究正是在此研究平台基础上完成。图2.少层NbSe2中的周期性磁阻振荡（a-c）3层、4层和6层中的磁阻振荡，随着样品厚度增加，该振荡现象逐渐减弱。(d) 三维厚层NbSe2中的磁阻振荡消失此研究中，研究团队首先在少层NbSe2中观测到了周期性的磁阻振荡。此类振荡具有非常独特的出现条件：它仅存在于接近零电阻的极窄温度区间以及较小的磁场范围内。随着样品厚度的增加，振荡现象逐渐减弱，直至消失（图2）。这一显著的厚度依赖性与已知的反常金属行为高度一致：样品越薄，超导相位涨落越强，表明磁阻振荡与超导涨落存在密切相关，而非传统的相位相干机制。研究人员通过实验进一步发现，在同样的温度区间内，体系中还同时存在超导干涉现象以及随磁场调制的超导二极管效应（图3）。值得关注的是，传统的超导干涉现象（如Little-Parks振荡或Josephson效应）通常依赖于精心设计的介观结构以及全局相位相干性。而在本研究中，以上现象均出现于未经过微纳加工的本征二维超导体中，且仅存于超导涨落最为显著的中间温区，在低温强相干或高温正常态下则消失。图3.磁阻振荡、超导干涉和超导二极管现象随温度的依赖综上所述，本研究提出，依赖相干性的干涉现象实际上起源于薄层材料中强烈的超导相位涨落。研究人员为此构建了一个简洁的物理模型：在材料中天然存在的不对称超流环路结构中，热激发的超导涡旋可通过克服周期性势垒运动（图4）。在低温条件下，涡旋无法克服势垒穿过超流环路；在高温条件下，超导电性消失。因此，仅在中间温度区间，涡旋能够被热激发，从而产生磁阻振荡和超导干涉等现象。这一发现揭示了在二维极限中，被认为会破坏超导性的相位涨落，反而可能催生新型的量子干涉行为。该机制不依赖于长程相位相干性，因而突破了传统Little–Parks图像的限制，为理解低维超导中的新型量子干涉现象提供了新的实验依据和理论视角。图4.基于涡旋穿过不对称超导环路的物理模型南科大物理系2024级博士生尹小龙和2023级硕士生曹从哲为论文共同第一作者。南方科技大学校长薛其坤院士、物理系杨硕颖助理教授和梅佳伟副教授为本文的通讯作者。南科大为论文第一单位。相关研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、广东省基础与应用基础研究基金、广东省量子科学战略专项和深圳市基础研究的专项资助。论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/rtxc-6tvs

南方科技大学量子功能材料全国重点实验室和物理系、粤港澳大湾区量子科学中心、清华大学薛其坤-陈卓昱团队，与中国科学技术大学沈大伟团队等合作，在常压镍基高温超导领域再获突破。团队2026年4月8日在国际学术期刊Nature发表最新研究成果，在极端氧化条件下通过人工设计原子堆叠序列，创制出单层-双层超结构和双层-三层超结构两种全新常压高温超导体；与此同时，研究团队还结合角分辨光电子能谱（ARPES），识别出了超导态对应的电子能带结构，为破解高温超导机理提供了关键实验依据。此前，该团队在国产学术期刊National Science Review上报道，已将纯双层结构薄膜的常压超导起始转变温度大幅提升至60 K以上。 上述成果是在2024年末同一团队发现并确立常压镍基高温超导电性（2025年发表于Nature）的基础上取得的重要进展。从实现常压镍基高温超导，到提升超导性能，再到人工创制全新超导材料并揭示其电子结构起源，这一系列突破彰显了自主研发的"强氧化原子逐层外延"（GAE, 2025年发表于National Science Review）薄膜生长技术在新型量子材料创制领域的国际引领地位，也体现了我国在高温超导这一前沿科研方向上的持续自主创新能力。像“搭积木”一样，在原子层面设计并构造全新超导体高温超导是凝聚态物理领域最重要的研究前沿之一。继铜基和铁基高温超导体之后，镍基材料被认为是有希望揭示高温超导机理的第三类体系。然而，镍基超导材料的合成与控制面临一个根本性的矛盾：实现超导所必需的高度氧化状态，与实现晶格稳定生长之间存在热力学冲突。这就好比要同时烧制瓷器的瓷胎和釉面——瓷胎成型需要温和稳定的环境，釉面显色则需要猛火强氧，两道工序的条件针锋相对，传统方法很难兼顾。研究团队自主研发的"强氧化原子逐层外延"（GAE）技术，巧妙地破解了这一难题。该技术营造出超强的氧化氛围，开辟出一个极端非平衡的生长区间，使薄膜在生长过程中一步完成结构构建与充分氧化。这如同在纳米世界中，一边逐层搭建"原子积木"，一边实时锁定每一层的化学状态，按照人工设计的蓝图，精确排列镧、镨、镍等原子，从而构建出从纯双层到复杂超结构等一系列晶体质量趋于完美的超导薄膜。这种在超强氧化条件下的原子级工程能力，代表了氧化物薄膜外延生长领域的技术跨越，不仅为镍基超导研究提供了独一无二的实验平台，也为破解各类氧化物材料的缺氧难题提供了全新的解决思路。凭借这一技术，研究团队先是将去年发现的纯双层结构（简称2222，化学式为：(La,Pr)3Ni2O7/SrLaAlO4，其中SrLaAlO4为基底材料）超导薄膜的常压超导起始温度从此前的约45 K推升至63 K，零电阻温度和抗磁性亦均大幅提升；又按照人工设计的原子堆叠蓝图，精确合成出单层-双层超结构（简称1212，化学式为：（La,Pr)5Ni3O11/SrLaAlO4）、单层-三层超结构（简称1313，化学式为：(La,Pr)3Ni2O7，该超结构与2222具有相同的化学式但结构不同）、和双层-三层超结构（简称2323，化学式为：(La,Pr)7Ni5O17/SrLaAlO4）三种全新的镍基超结构材料，并发现1212和2323在常压下可实现高温超导，起始转变温度分别达到50 K和46 K，均突破了传统超导理论中的"麦克米兰极限"，而1313仅呈现金属性。从提升已知材料的超导温度，到创制自然界中不存在的全新超导体，这一步步跨越充分体现了GAE技术在超强氧化氛围下对材料进行原子级精度操控的卓越能力。"看清"超导电子的能量动量结构，为破解高温超导难题提供关键钥匙发现新的超导体只是第一步，理解超导从何而来才是核心目标。研究团队将原子级精准的结构控制与角分辨光电子能谱（ARPES）相结合，对四种不同堆叠结构1212、2222、1313和2323的镍基氧化物薄膜进行了系统的比较研究。ARPES好比一台能够"拍摄"材料内部电子运动状态的超级相机，可以直接观测电子的能量-动量状态分布。研究发现，在超导的1212、2222和2323结构中，布里渊区顶角附近均存在一个被称为γ能带形成的费米口袋；而在不超导的1313结构中，这一γ能带则未能形成费米口袋。这一发现从实验上表明了原子堆叠构型、电子能带与超导电性之间的关联，识别出了决定超导发生与否的"电子基因"，为揭示镍基高温超导的微观机制提供了明确的实验证据。 图：四种镍基超结构薄膜的晶体结构（上）、电输运性质（中）和费米面拓扑（下）从自主研发极端条件下的薄膜生长技术，到创制自然界不存在的全新超导材料，再到利用先进谱学手段揭示超导态的电子结构起源——这一系列成果展现了一条从技术突破、材料创制到物理机理探索的完整创新链条。镍基超导体与铜基、铁基超导体具有不同的电子结构特征，三者的对比研究将为最终破解高温超导这一世纪难题提供关键钥匙，也将为能源、信息、量子计算等领域的未来技术变革奠定科学基石。本研究第一完成单位为南方科技大学量子功能材料全国重点实验室与物理系。南科大硕士生聂子豪、研究助理教授李月莹、博士生吕威、博士生徐立智，以及中科大博士后江志诚为本文共同第一作者。中科大沈大伟教授、量子中心李鹏助理研究员、薛其坤院士、南科大副教授/量子中心双聘研究员陈卓昱为共同通讯作者。文章作者还包括贾金锋院士，以及南科大教授/量子中心双聘研究员林君浩。锚定量子科技前沿，量子功能材料全国重点实验室实现新突破量子功能材料全国重点实验室（以下简称“实验室”）作为第一完成单位，以重大科学问题牵引联合攻关，充分体现了“有组织科研”在啃基础研究“硬骨头”时的核心驱动力。该实验室由南方科技大学牵头，联合上海科技大学共同组建，于2024年获科技部批准建设。实验室面向国家在量子科技领域的重大战略需求，定位于应用基础研究，聚焦量子功能材料的智能设计、原子级精准制备及基于大科学装置的全自由度超高分辨表征研究，致力于推动量子功能材料在信息与能源领域的应用。实验室汇聚了一支由战略科学家领衔，170余人规模的高水平科研团队。实验室由贾金锋院士担任主任，林君浩教授担任常务副主任，核心成员包括2位中国科学院院士及90余位国家级高层次人才，45岁以下青年科研人员占比超过70%。2025年，实验室有6人获国家自然科学基金青年科学基金项目（A类）支持（其中1人获延续项目支持），获批国家级科研项目32项、省部级科研项目9项、重大横向项目3项，科技经费总计逾6000万元；团队成员2025年累计在Nature等国际顶尖期刊发表SCI论文59篇，授权专利16项、在审专利50项。自实验室组建以来，已参与取得多项重大成果突破，有力支撑和引领我国量子科技的发展。包括2025年发表在Nature的成果“常压下镍氧化物的高温超导电性”，2025年发表于Nature的“自旋空间群理论与非常规磁性”研究，以及本次发表的“镍氧化物超结构的高温超导电性发现与电子结构研究”等。此外，实验室还取得了多项成果：在二维二硒化钯（PdSe2）中首次揭示了一种传统固体相变中前所未有的“潜伏相变”行为；提出了一种在A型反铁磁中表征与操控奈尔序的有效方法，为层状材料中反铁磁态的调控提供了通用途径；创新开发出一种新型准固态离子热电循环（t-ITC）系统；创新性引入单光子计数（SPC）、电激发－光激发（EL-PL）联合测试等技术追踪电子在QLED中的输运路径，揭示QLED稳定性差和性能衰减与电子泄漏行为之间的内在联系；利用低剂量电子显微成像方法解释了卤化物钙钛矿材料的表面边缘和内部缺陷的原子结构。目前实验室布局了四大优势研究方向：材料设计与计算、材料制备与调控、大科学装置与材料表征、材料功能与器件。实验室通过整合南科大、上科大两所新型研究型大学优势学科资源及顶尖科研力量，并实现深沪两地X射线自由电子激光、同步辐射光源、材料基因组等大科学装置的优势互补，助力国家级重大项目取得突破，合力打造量子材料研究领域的国家战略科技力量。 论文链接:Nature 2026: https://doi.org/10.1038/s41586-026-10352-7National Science Review 2026: https://doi.org/10.1093/nsr/nwag151Nature 2025: https://doi.org/10.1038/s41586-025-08755-zNational Science Review 2025: https://doi.org/10.1093/nsr/nwae429