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（Sm_0.95-xCa_0.05Eu_xNiO₂）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

供稿：物理系

通讯员：李明原

编辑：曾昱雯