港科研團隊發現強磁場「重入超導」現象　顛覆學術界傳統認知

香港文匯報訊（記者 楊盈盈）超導研究一直是前沿物理的重要方向，不僅關乎人類對高效能源傳輸的探索，更對量子科技、先進材料等多個戰略性產業具有深遠意義。香港科研團隊近日在此關鍵領域取得重要突破，香港城市大學理學院副院長（研究及研究生教育）兼物理學系副教授李丹楓團隊聯合多家科研機構，首次在無限層鎳氧化物中發現由強磁場誘導的「重入超導」現象，李丹楓接受本報獨家專訪時表示，這一發現不僅改寫學術界對磁性與超導關係的理解，也為高溫超導機理研究打開新的思路。相關成果已於香港時間前日（23日）深夜於頂尖學術期刊《自然》發表。

在傳統認知中，磁場與超導可謂「水火不容」，強磁場通常會破壞超導態。但在極少數特殊材料中，極強磁場反而可令已消失的超導電性重新出現，被稱為重入超導（re-entrant superconductivity）現象。

李丹楓領導團隊，聯合南方科技大學量子功能材料全國重點實驗室/物理系、粵港澳大灣區量子科學中心薛其坤和陳卓昱團隊，並與中國科學院合肥物質科學研究院強磁場科學中心、華中科技大學國家脈衝強磁場科學中心等單位合作，首次在無限層鎳氧化物發現重入超導現象，不僅揭示稀土磁性與高溫超導之間複雜的相互作用，也突破了學術界既有認知，為探索強關聯氧化物中的非常規配對機制提供全新實驗平台。

研究團隊通過精細調控銪（Europium，化學符號Eu）元素在無限層鎳氧化物的摻雜濃度，在過摻雜區域成功捕捉到這一反常行為。實驗顯示，隨着磁場增強，材料呈現「超導—正常態—超導」的奇特轉變；當磁場升至15T以上，原本已消失的超導態再次出現，並在最高45T的極限強場下仍保持穩定。

李丹楓介紹，團隊通過「零電阻」與「抗磁性」雙重實驗，確認高磁場超導態的真實存在。此結果說明，在特定條件下，磁性相互作用未必只是超導的破壞因素，反而可能與非常規配對機制有重要聯繫，這不僅改寫科學界對磁性與超導關係的理解，也為高溫超導機理研究打開新的思路。

「磁場抵消機制」不足以完整解釋物理本質

研究還發現，鎳基體系中的重入超導，在0°至90°的完整磁場角度範圍內均可穩定存在，有別於傳統重入超導僅在2°至10°的極窄範圍內出現的特性。這一發現顯示，經典的「磁場抵消機制」已不足以完整解釋其物理本質。特別是在高摻雜濃度下，高磁場中的超導態甚至比低場態更為穩健，顯示磁關聯誘導的「非常規配對」可能在其中扮演關鍵角色。

李丹楓解釋，今次工作的核心意義，在於首次在鎳氧化物超導體中觀察到由強磁場誘導的重入超導現象。過去，這類現象主要見於轉變溫度極低的重費米子體系；如今則首次拓展至較高轉變溫度的氧化物超導體，為非常規超導研究提供新的材料平台。

除超導特性外，研究團隊還觀察到多項指向新奇物理機制的特徵。在過摻雜樣品中，霍爾電阻呈現明顯非線性特徵，並在強場下趨於飽和；同時，磁電阻曲線出現顯著磁滯回線，其溫度依賴關係暗示系統可能存在時間反演對稱性破缺。研究人員認為，銪離子的局域磁矩可能通過強自旋──軌道耦合誘導出複雜磁性關聯，並與傳導電子產生非平凡相互作用，進而影響超導配對的穩定性。

新視角理解磁電相互作用

團隊表示，該研究為理解強關聯電子體系中的磁電相互作用提供新視角。Eu摻雜鎳氧化物作為獨特材料平台，將有助研究人員在強關聯氧化物中深入探索磁場與超導共存的微觀機制，並為高溫超導機理研究開拓新的實驗方向。

成果證港有能力作具影響力原創貢獻

李丹楓表示，是次研究最具挑戰之處，首先是材料製備與調控，因無限層鎳氧化物體系對樣品質素、摻雜濃度及相區控制都非常敏感，要穩定製備出可重複的樣品並不容易。

另一個挑戰是從既有物理角度上而言，今次發現本身相當反直覺；按一般理解，強磁場通常會破壞超導，但團隊卻觀察到超導態在強磁場下重新出現，因此必須在低溫、強磁場及不同實驗條件下反覆測試和交叉驗證，才能確定這並非偶然或誤差，而是一種真實且穩定的新現象。

李丹楓認為今次成果突破，顯示香港有能力在基礎科研前沿領域作出具國際影響力的原創貢獻，而超導研究往往要長時間積累，更有賴跨院校、跨地區及跨平台協作，今次工作除了展現香港科研團隊的研究實力，也說明香港在不同前沿科學議題上有力發揮更積極作用。

尋低成本超導材料現突破

超導現象（superconductivity），簡單而言是材料在接近絕對零度（0K，約-273.15°C）的極端低溫下，會進入近乎零電阻狀態，可大幅減少損耗，若能應用於能源與供電網絡，將讓電能效率大大提升。

超導材料的另一特點是會對磁場產生特殊反應，可用來製造強而穩定的磁力，現時包括磁力共振掃描（MRI）、磁浮技術及很多先進大型科研設備，往往都與超導相關，對醫療設備水平、未來交通技術發展都有重大潛力。

超導材料一般要在極低溫下才運作，冷卻成本及技術要求亦高，因此全球科研人員一直努力尋找可於「相對」較高溫度環境下應用、成本更低、性能更穩定的超導材料。每一次相關研究突破，既有助理解超導背後的科學原理，更可能為未來更實際的應用打開新方向。