　LiTi2O4（LTO）是迄今發(fā)現(xiàn)的唯一具有尖晶石結(jié)構(gòu)的氧化物超導(dǎo)體，它的超導(dǎo)電性主要受Ti原子的3d 電子支配。目前沒(méi)有高質(zhì)量的LTO單晶，多晶樣品上獲得的比熱數(shù)據(jù)以及Andreev反射譜表現(xiàn)出傳統(tǒng)BCS電-聲相互作用超導(dǎo)體的實(shí)驗(yàn)特征，但軟X射線散射和核磁共振等測(cè)量發(fā)現(xiàn)該體系中存在較強(qiáng)的電子-電子關(guān)聯(lián)。那么是否類(lèi)似于其它高溫超導(dǎo)體，自旋/軌道漲落在LTO超導(dǎo)機(jī)制中也扮演重要的角色？

　　LTO的另一個(gè)典型特征是它的Ti原子晶格基本單元呈四面體構(gòu)型，不利于長(zhǎng)程反鐵磁序的出現(xiàn)。而大家所熟悉的銅基、鐵基超導(dǎo)材料中通常是破壞了長(zhǎng)程序后獲得較高的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度。因此，對(duì)LTO的深入研究從某種意義上說(shuō)是對(duì)銅基、鐵基等高溫超導(dǎo)體的一個(gè)有效補(bǔ)充，有利于全面認(rèn)識(shí)3d電子在超導(dǎo)電性中所起的作用。

　　最近，中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（籌）超導(dǎo)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室金魁課題組和馬里蘭大學(xué)教授Takeuchi組合作，利用脈沖激光鍍膜技術(shù)在 (001)- Mg Al2 O4基片上制備出高質(zhì)量的LTO單晶薄膜，并全面研究了磁場(chǎng)下電輸運(yùn)特性和點(diǎn)接觸隧道譜。

　　在正常態(tài)，首次發(fā)現(xiàn)在50 K以下LTO表現(xiàn)出明顯各向異性的正磁阻，而在50 K以上則表現(xiàn)為趨于各向同性的負(fù)磁阻。若沿著面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)磁場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)其面內(nèi)磁電阻在100 K以下出現(xiàn)二重性，并且該二重性的強(qiáng)度在50 K左右存在一個(gè)跳變。異常的磁阻行為必然伴隨著不同因素間的競(jìng)爭(zhēng)。在LTO體系中存在著軌道相關(guān)序和自旋軌道漲落之間的競(jìng)爭(zhēng)：磁化率結(jié)果進(jìn)一步支持100 K以下由自旋漲落占主導(dǎo)，磁場(chǎng)壓制漲落導(dǎo)致負(fù)磁電阻；50 K以下軌道相關(guān)序占優(yōu)勢(shì)，增大磁場(chǎng)導(dǎo)致正磁電阻。在超導(dǎo)態(tài)，隧道譜研究首次給出了LTO超導(dǎo)能隙隨磁場(chǎng)平方線性減小，以前的理論模型沒(méi)有預(yù)測(cè)該規(guī)律。然而，如果LTO中存在電子態(tài)的對(duì)稱(chēng)破缺，基于GL理論能夠得出能隙和磁場(chǎng)平方的依賴關(guān)系。這進(jìn)一步支持50 K以下軌道相關(guān)序的存在（如圖所示）。

目前，主流觀點(diǎn)認(rèn)為銅氧化物高溫超導(dǎo)起源于自旋漲落，而在LTO體系中自旋漲落相區(qū)遠(yuǎn)離超導(dǎo)區(qū)，這可能是導(dǎo)致LTO中并沒(méi)有觀察到高溫超導(dǎo)電性的原因。共同參與完成該工作的還有超導(dǎo)室研究員單磊，拉夫堡大學(xué)教授、理論工作者Kusmartsev以及馬里蘭大學(xué)教授Greene小組。該工作的部分結(jié)果發(fā)表在Nature Communications 6, 7183(2015)上，并得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)和中科院B類(lèi)先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)的支持。

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