超导与磁场从“水火不容”到“互相成就”：中国科学家在镍氧化物中发现全新量子态，45特斯拉下仍稳如磐石

IT之家 4 月 26 日消息，颠覆人类对磁性与超导关系的传统认知，中国科学家近期在镍基超导体系中取得了一项里程碑式的重要突破。

由香港城市大学李丹枫副教授、南方科技大学薛其坤院士团队陈卓昱副教授领衔，联合清华大学、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，通过对铕（Eu）掺杂无限层镍氧化物薄膜的精细调控，首次在与铜基高温超导结构相近的镍基材料体系中发现了由强磁场诱导的“重入超导”现象。相关成果已于 4 月 23 日以“加速文章预览”形式发表在《自然》上，引起了全球凝聚态物理学界的高度关注。

在人们的日常经验中，强磁场往往会破坏超导体的零电阻特性 —— 磁性与超导两者长期以来被物理学家视为“水火不容”的对立量子态。

外加磁场通常通过轨道效应与泡利顺磁效应破坏超导电子对，从而抑制乃至消除超导电性。然而，在 Chevrel 相化合物、有机超导体、重费米子超导体等极少数特殊材料中，科学家们此前已观察到了一种极为反常的现象：超导态在低磁场下被抑制消失后，随着磁场继续增强，超导电性竟然能够“死而复生”，重新出现。

这种被称为“重入超导”（Re‑entrant Superconductivity）的奇异量子态，一直以来仅存在于转变温度极低（接近绝对零度）的体系中，始终未能在高温超导材料中被实现。而此次中国科学家团队，将这一现象首次拓展至具有较高转变温度（约 32K）的无限层镍氧化物中，实现了关键的体系跨越。

研究团队利用脉冲激光沉积与原位拓扑还原技术，制备出了高质量的 Sm₀.₉₅₋ₓCa₀.₀₅EuₓNiO₂薄膜，系统构建了完整的铕掺杂相图。当铕的掺杂浓度进入特定区间（x=0.32—0.40）时，实验观测到了一种令人难以置信的转变过程：低磁场下材料的超导态首先被抑制，样品进入正常态；但当外加磁场强度升至约 15 特斯拉以上时，消失的超导态竟然重新浮现，并能够在高达 45 特斯拉的极限稳态强场中保持稳定。

研究人员通过“零电阻”与“抗磁性”双重实验手段，对这一高场超导态进行了严格确证，排除了测量伪迹的可能。这一发现表明，在特定条件下，磁性相互作用并非超导的天然“破坏者”，反而可能扮演促进电子配对的“推手”。

更为引人注目的是，镍基体系中的重入超导现象展现出传统重入超导所不具备的“全角度鲁棒性”。在以往报道的 Chevrel 相化合物、有机超导体和重费米子超导体中，重入超导通常对磁场角度极为敏感，仅能在极窄的磁场方向范围内（约 2°—10°）出现。而本次研究发现，在镍基体系中，从 0° 到 90° 的完整角度范围内，高场超导态均能稳定存在。特别是在高掺杂浓度下，高磁场下的超导态甚至比低场超导态更为稳健。这一宽角度特征明确提示，经典物理学中用于解释重入超导的“磁场抵消机制”（Jaccarino‑Peter 效应）—— 即稀土 Eu²⁺离子的大磁矩所产生的内部交换场与外磁场相互抵消，使作用于库珀对的有效磁场降至超导上临界场以下 —— 已不足以完整解释这些现象的物理本质。研究团队在论文中指出，实验结果暗示着体系内可能存在由磁关联诱导的非常规超导配对机制，这为破解高温超导核心机理开辟了全新的实验路径。

在过掺杂样品的输运测量中，团队还观测到了多组重要的辅助证据：霍尔电阻呈现明显的非线性特征，并在强磁场下趋于饱和；磁电阻曲线则表现出显著的磁滞回线，其温度依赖关系暗示系统可能存在时间反演对称性破缺。这些实验现象表明，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，并与镍的 3d 巡游电子发生非平凡的相互作用，进而深刻影响超导配对的稳定性与相图演化。

本次成果的取得，高度依赖于极端实验条件的支撑。要清晰观测到重入超导特征，需要的磁场强度达到 60 特斯拉以上，并且需要实现在全角度范围内对电输运性质的高精度测量。华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心在这一环节发挥了不可替代的关键作用。作为我国唯一、亚洲最大的脉冲强磁场设施，该中心可实现 50—94.88 特斯拉的脉冲强磁场，核心技术指标达到国际领先水平。中心李亮教授、王俊峰研究员团队不仅提供了稳定的 60 特斯拉超强磁场条件，还凭借自主研发的全角度转角电输运测量技术，精准捕获了这一新奇量子现象，覆盖了 0°—90° 的完整角度范围与完整铕掺杂区间。

IT之家附论文地址：

https://doi.org/10.1038/s41586-026-10547-y

主题：超导