近日，上海科技大学物质科学与技术学院翟晓芳课题组在单一界面超导体系中同时观测到两种不同的量子临界行为：量子格里菲斯奇异性和反常量子格里菲斯奇异性。研究团队进一步揭示了这两种量子临界行为的转变主要由超导涨落和自旋轨道耦合强度共同驱动。该成果发表于国际学术期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）。
量子相变是指系统在绝对零温下受量子涨落驱动所发生的相变。理解量子相变机制和量子临界行为已成为凝聚态物理领域的一个核心问题。二维超导体通常具有很强的涨落效应，呈现出量子玻色金属态、希格斯模、量子格里菲斯奇异性等诸多独特且有趣的量子临界现象，是研究量子相变的理想平台。发生相变时，临界指数随外界参数（如磁场，压力等）变化遵从相同关系的，通常可归为同一普适类。根据传统的相变理论，单一系统中往往只呈现一种普适类。而在二维超导体中，增强的量子涨落可能会导致多种量子临界普适类的共存。然而，迄今为止，鲜有这方面的实验报道。
翟晓芳团队通过精确控制LaAlO3/KTaO3 (111)异质结的制备条件，获得一系列具有不同超导转变温度和自旋轨道耦合强度的界面超导样品。在此基础上，开展了低温强磁场的电输运研究，并结合有限尺寸标度理论分析发现：在低超导转变温度样品中自旋轨道耦合较弱，体系在趋近于量子临界点时临界指数随着磁场增大而迅速增大直至发散，表现为常规的量子格里菲斯奇异性；在高超导转变温度样品中自旋轨道耦合很强，体系临界指数随磁场减小而迅速增大直至发散，呈现出极其罕见的反常量子格里菲斯奇异性。进一步分析表明，自旋轨道耦合显著影响了体系的超导涨落，进而调制了超导-金属相边界和量子临界点，驱动了量子临界普适类的转换。
这项研究不仅深化了对LaAlO3/KTaO3界面新奇量子临界现象的理解，更为调控二维超导体的量子相变研究开辟了新前沿。
图1. (a) LaAlO3/KTaO3 (111)器件示意图。（b）不同样品的电阻随温度变化曲线。（c）KTO-#1样品和（d）KTO-#2样品在不同温度下的等温磁阻曲线, 分别交于一个区域。（e）KTO-#1样品的临界指数随着磁场减小而发散，表现为反常量子格里菲斯奇异性。（f）KTO-#2样品的临界指数随着磁场增大而发散，表现为常规量子格里菲斯奇异性。
图2. LaAlO3/KTaO3 (111)界面超导体系中量子临界行为的渡越。随着超导转变温度和自旋轨道耦合同时增强，体系从常规量子格里菲斯奇异性转变为反常量子格里菲斯奇异性。
上海科技大学物质学院博士研究生刘佳与副研究员成龙为本文共同第一作者，翟晓芳教授与成龙为共同通讯作者，上海科技大学是唯一完成单位。
论文标题：Observation of Quantum-Criticality-Class Crossover at the LaAlO₃/KTaO₃ (111) Interface
论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/qp2x-cl3q
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