二维材料中隐藏的量子临界点

在凝聚态物理中，理解材料在临界点上的行为是一个基本的追求。在临界点上，材料的性质会因微小的外部影响而发生巨大的变化。其中一个这样的临界点是薄膜中的超导-绝缘体相变，通过施加磁场可以将超导体转变为绝缘体。在二维系统中，预计该转变会在零温下表现出明确的量子临界点 。然而，最近的实验揭示了一个令人惊讶的转折，在一些弱无序或晶体薄膜中出现了异常金属 状态。

超导是一种迷人的现象，某些材料在临界温度以下表现出完美的导电性(零电阻)，这种行为源于库珀对的形成。然而超导-绝缘体相变破坏了这种微妙的平衡，通过施加磁场，成对的电子变得越来越容易分裂，最终完全破坏超导性，使材料进入绝缘状态。

由于量子涨落的增强，超导-绝缘体相变在二维系统中特别有趣。这些涨落会掩盖转变，导致其在零温下表现出明确的量子临界点。在此量子临界点下，材料表现出临界缩放行为，其性质与微观细节无关，仅依赖于维数和普适类。

最近发表在《自然通讯》的一项研究观察到一种与传统量子临界点图像的特殊偏差。在一些弱无序或晶体薄膜中，在超导相和绝缘相之间出现异常金属态。这种状态表现出有限的电阻，但其行为与传统金属的行为不同。这种异常金属态的起源和性质仍然存在激烈的争论。