非常规超导仍是凝聚态物理领域的核心科学问题之一。与传统BCS超导不同，非常规超导的出现往往与复杂的电子多体相互作用有关。在重费米子化合物、铜基高温超导体、铁基高温超导体等强关联电子材料体系中，超导通常出现在反铁磁失稳态附近，其形成机制与磁性量子临界涨落密切相关（图1a）。相比之下，铁磁材料体系中的超导及量子相变却相当罕见。大量前期实验和理论研究表明，在纯净铁磁材料体系中不存在铁磁量子临界点：在压力等外部参量调控下，铁磁序要么转变为反铁磁序，要么经历一级相变突然消失。而在少数铀基重费米子化合物中，超导出现在弱一级铁磁量子相变点附近。
图1.（a）重费米子超导与反铁磁量子相变；（b）CeRh₆Ge₄的压致铁磁量子临界点与奇异金属(Ref. Nature 579, 51 (2020))。
2020 年，浙江大学关联物质研究中心袁辉球教授团队在纯净的铁磁重费米子化合物 CeRh₆Ge₄ 中发现了压力诱导的铁磁量子相变以及其伴随的奇异金属行为（图1b），打破了此前人们认为纯净铁磁金属中不存在铁磁量子临界点的普遍共识【Nature 579, 51 (2020)】。随后，该团队开展了系统研究，揭示了该化合物的一系列独特电子性质，如局域铁磁序、各向异性的近藤杂化、以及量子临界点可能存在电荷涨落等【Science Bulletin 66, 1389 (2021); PRL 126, 216406 (2021); PRL 135, 266504 (2025)】。然而，人们尚未在该铁磁量子临界点附近观察到超导。为进一步揭示铁磁量子临界点的起源并探索铁磁材料体系中的超导电性，有必要继续发掘新型铁磁量子临界材料。
近日，袁辉球团队在该研究方向又取得了重要进展。他们发现，近藤铁磁材料 Ce₅CoGe₂ 在压力调控下展现出不同于以往材料体系的独特电子相图：在经历了铁磁¾反铁磁转变后，该化合物在3.2GPa附近出现压致反铁磁量子临界点，并伴随奇异金属行为；当压力进一步升高至5 GPa 以上时，体系呈现出非常规超导电性。
图2. Ce₅CoGe₂在不同压力下的低温电阻率(a)、比热(b)和磁化率(c)。
Ce₅CoGe₂ 是一种具有正交结构的铁磁近藤晶格化合物，在TC=10.9 K以下呈现出铁磁序与团簇玻璃态共存【Phys. Rev. B 110, 144432 (2024)】。为系统揭示其电子态在压力下的演化，袁辉球团队开展了低温电阻率、交流比热和交流磁化率等多种物性测量。实验结果表明（图2），Ce₅CoGe₂ 的铁磁序在约 1.2 GPa 附近转变为反铁磁序。随着压力进一步升高，反铁磁转变温度逐渐降低，并在约 3.2 GPa 处完全被抑制，出现反铁磁量子临界点。在量子临界点附近，其电阻率呈现出线性温度依赖，交流比热随温度降低而趋于发散，表现出典型的奇异金属行为，但尚未观察到超导电性。当压力进一步增加至5 GPa时，超导开始出现，且超导转变温度随压力的增加而增加（图3a,b）。实验还表明，该化合物的上临界磁场超过泡利极限（图3c），电子有效质量与典型重费米子超导体相当，表明其超导电性可能属于非常规超导类型。
图3. Ce₅CoGe₂中压力诱导的超导（a, b）以及相应的上临界磁场(c)。
图4a描绘了Ce₅CoGe₂ 的压力-温度相图。随压力增加，该化合物在1.2GPa附近发生铁磁-反铁磁转变，并在3.2GPa附近出现压致反铁磁量子临界点与奇异金属行为。尤为独特的是，该化合物在反铁磁量子临界点附近并未观察到超导，但在更高压力才出现超导，表现出与其他强关联电子体系截然不同的电子相图。由于超导出现在偏离反铁磁量子临界点的压力区间，且电子有效质量随压力增加而快速减少（图4a插图），这一超导行为类似于CeCu₂Si₂ 的高压超导相（图4b）【Science 302, 2104 (2003)】，其超导态可能与Ce-4f电子的价态涨落有关。然而，关于反铁磁量子临界点的属性以及非常规超导的起源，仍有待进一步的研究。
图4.（a）Ce₅CoGe₂ 的压力-温度相图，插图展示超导态电子有效质量随压力的演化。（b）CeCu₂Si₂的压力-温度相图(Ref. Science 302, 2104 (2003))。随着压力增加，CeCu₂Si₂呈现出双超导相，分别位于反铁磁量子临界点和Ce-4f价态转变临界终点附近。
相关成果以“Pressure-induced superconductivity beyond magnetic quantum criticality in a Kondo ferromagnet”为题发表于《国家科学评论》【National Science Review，nwag119 (2026)】。浙江大学物理学院关联物质研究中心张亚楠、张加文和湖北师范大学张勇军为论文共同第一作者。浙江大学物理学院关联物质研究中心袁辉球教授、Michael Smidman教授以及刘育研究员为论文共同通讯作者。合作者还包括浙江大学物理学院关联物质研究中心Frank Steglich教授、焦琳研究员和路欣教授。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、新基石研究员等项目的资助。
原文链接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwag119
