（通讯员 凌煜）4月17日，《物理评论X》（Physical Review X）正式刊发了国家脉冲强磁场科学中心用户英国剑桥大学卡文迪许实验室Alexander G.Eaton研究员团队题为“A Quantum Critical Line Bounds the High Field Metamagnetic Transition Surface in UTe₂”（UTe₂中约束高场磁相变表面的量子临界线）的论文。该成果依托脉冲强磁场设施，由剑桥大学Alexander G.Eaton研究员及其博士生吴哲宇联合美国国家强磁场实验室、德国德累斯顿强磁场实验室等单位合作完成，中心朱增伟教授、左华坤工程师以及博士生谢卫、凌煜提供了关键的脉冲强磁场电输运测量。
UTe₂是一种极具代表性的重费米子体系材料，近年来因其在极端条件下展现出丰富的超导与磁极化相行为而受到高度关注。此前研究多集中在其低场范围内的多超导相共存与配对机制，而其超高磁场下重入超导相的演化规律仍不清晰。该研究聚焦于UTe₂在50T以上磁场中的相图演化。不同于其他任何材料中的量子相终止于零维的量子临界点（Quantum Critical Point），该研究首次探测到一条分布于三维磁场空间的量子临界线（Quantum Critical Line）包围了其一级磁相变表面。这一发现打破了对量子临界行为的传统理解范式，揭示了更为复杂且富有拓扑特征的临界结构，拓展了凝聚态物理的认知边界。
UTe2在三维磁场空间中的超导相图：橙色部分为一级磁相变平面，绿色线展示了量子临界线，包围了紫色的高磁场重入超导相SC3。
更为重要的是，研究团队发现的量子临界线，为理解UTe₂超高磁场重入超导相SC3提供了重要基础。该超导态突破了传统轨道破坏机制的限制，其超导临界场高达70T以上，具备显著的非欧姆电流-电压特性与高方向敏感性，暗示其可能来源于临近的量子临界涨落场的增强配对作用。进一步的实验表明，该超导态并不完全局限于极化顺磁相（PPM）内部，而是在靠近临界线附近呈现外溢，显示出复杂的相互作用机制，排除了Jaccarino-Peter机制导致SC3超导相的可能性。同时，研究团队发展了基于高阶自由能展开的理论模型，解释了该量子临界线的形成条件及其对UTe₂相图构型的主导作用。研究认为，该极高磁场重入超导态的形成很可能源于与量子临界线相关的强烈自旋磁涨落，这与之前在同类材料URhGe中发现的高场诱导超导现象相互呼应，进一步证明了磁致量子临界性在非常规超导形成中的关键角色。
该研究成果不仅在实验上发现高维度的量子临界相边界，也在理论上提出了量子临界结构的新可能形式，为后续探索非传统配对机制、设计具有强量子波动驱动的功能材料提供了重要的理论基础和实验模板。
该研究中，剑桥大学Alexander G.Eaton研究员在脉冲强磁场电输运测量方面得到了中心朱增伟教授、左华坤工程师的支持。中心提供了60T脉冲强磁场，并结合新近研发的可转角近邻探测技术（无接触电导率测量PDO），同时利用氦三极低温实验条件，这些新型研究手段和方法极大地提升了实验精度，最终精确描绘了材料在三维磁场方向以及不同温度下的电输运响应和相变边界，相关实验数据为该成果理论建模提供了核心支撑。
论文链接：https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.15.021019
