日前，吉林大學物理學院超硬材料國家重點實驗室王洪波教授在“高壓下單質超導電性”研究中獲得新進展。相關研究成果以“Evidence for an emergent anomalous metallic state in compressed titanium”為題，于2023年04月25日在線發表于《美國科學院院刊》。

根據費米液體理論，在低溫下純金屬的電阻主要來源于電子間的散射作用，其電阻率正比于溫度的平方。然而，在一些二維材料的超導態至絕緣態的量子轉變過程中，觀測到隨著溫度降低，電阻先迅速下降然后逐漸趨于一個飽和值，類似金屬特性，這種特殊的金屬態，無法用傳統費米液體理論解釋，被稱為反常金屬態，這種反常的輸運行為的物理機制目前尚不明晰。由于反常金屬態的概念源自于二維無序系統，因此相關研究主要集中在二維材料上。迄今為止，三維系統中的反常金屬態行為鮮見報道。

在本工作中，我們在高度壓縮的三維金屬鈦中觀測到反常金屬態。在135 GPa的壓強下，單質鈦的超導轉變溫度高達25.1 K；在足夠強的外磁場下，金屬鈦的電阻在超導轉變溫度附近出現驟降，但是在低溫下飽和在一個定值，并且展現了巨磁電阻效應，這些反常的輸運行為揭示了超導態至反常金屬態的轉變；另外，我們構建了單質鈦在典型壓力下的溫度-磁場相圖，展示了正常態、超導態和反常金屬態之間的轉變，這與傳統的三維超導體不同。在傳統的二維體系中，電子關聯、無序、量子限域效應等因素引起的復雜行為可能與反常金屬態共存并相互影響，阻礙了對其機制的理解。三維單質鈦提供了一個簡單的材料平臺，對于拓展反常金屬態的研究領域和推進對其物理機制的理解具有重要意義。

吉林大學物理學院2021級博士研究生王奎、吉林大學鼎新學者劉暢博士和劉廣韜副教授為本文的共同第一作者。通訊作者為我院的王洪波教授和馬琰銘教授，以及美國內達華大學拉斯維加斯分校Changfeng Chen教授。該工作得到了國家自然科學基金、中國科學院先導專項等項目的資助。本文中的磁學測量得到了中國綜合極端條件實驗裝置和中國穩態強磁場實驗裝置的支持。