近期，稳态强磁场实验装置（SHMFF）用户吉林大学物理学院王洪波教授及其合作者，利用SHMFF所属水冷磁体WM5在高压下单质金属钛中发现反常金属态。相关研究成果以“Evidence for an emergent anomalous metallic state in compressed titanium”为题，于2023年04月25日在线发表于《美国科学院院刊》（PNAS）。
费米液体理论是物理学领域的基础理论之一，成功描述了金属在低温条件下的输运行为。然而，反常金属态的行为违背了这一传统的金属输运理论。反常金属态最初是在二维无序体系中被发现，后续相关研究主要集中在二维材料上。迄今为止，三维系统中的反常金属态行为鲜见报道，这在一定程度上阻碍了人们对其内在机制的深入研究。
本工作中，该研究团队在高度压缩的三维金属钛中观测到反常金属态。在135 GPa的压强下，单质钛的超导转变温度高达25.1 K；在强的外磁场下，金属钛的电阻在超导转变温度附近出现骤降，但是在低温下饱和在一个定值，并且展现了巨磁电阻效应，这些反常的输运行为揭示了超导态至反常金属态的转变。另外，该团队构建了单质钛在超高压下的温度-磁场相图，展示了正常态、超导态和反常金属态之间的转变，这与传统的三维超导体不同。在传统的二维体系中，电子关联、无序、量子限域效应等因素引起的复杂行为可能与反常金属态共存并相互影响，阻碍了对机制的理解。三维单质钛提供了一个简单的材料平台，对于拓展反常金属态的研究领域和推进对其物理机制的理解具有重要意义。
图：超高压下单质钛中反常金属态的实验证据以及温度-磁场相图
吉林大学物理学院2021级博士研究生王奎、吉林大学鼎新学者刘畅博士和刘广韬副教授为本文的共同第一作者。吉林大学物理学院王洪波教授和马琰铭教授，以及美国内达华大学拉斯维加斯分校Changfeng Chen教授为本文的共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金和中国科学院战略重点研究计划的资助。