国立阳明交通大学仲崇厚特聘教授带领的理论物理研究团队，与美国布鲁克海文国家实验室(Brookhaven National Laboratory, BNL) 实验团队共同合作，首度成功解开稀土族超导体中之「奇异金属量子临界纠缠态」之形成机制，研究成果於今(112)年2月刊登於国际知名学术期刊《自然通讯(Nature Communications)》，此一成果有助於解开困扰凝态物理界35年的高温超导体形成机制之谜团，对基础科学和应用技术都具有深远意义。

(左起)台大物理系高英哲教授、国科会自然处罗梦凡处长、阳明交通大学电子物理系仲崇厚特聘教授、阳明交通大学电子物理系张永业博士

普通金属在极低温情况下(超导性未出现前)，随温度下降，其电阻率会随着温度的平方下降 (即所谓「费米液体」)。然而近30多年来，众多新颖量子材料如：铜基高温超导体、稀土族重费米子超导体，有机超导体、二维双层扭转石墨稀超导体等出现不同於普通金属的「奇异金属量子态」（即所谓「非费米液体」）：随温度降低其电阻率呈现线性下降，比热系数则以对数方式上升。

而最近稀土族超导体与铜基高温超导体更展现出更奇特之奇异金属称为「普朗克金属」之量子临界状态，此一量子态在不稳定的「量子临界点」附近出现，其中电子的散射率与温度呈现线性关系，且比例常数与普朗克常数呈现倒数关系。

上述现象包括奇异金属态的形成原因与机制等至今仍是未解之谜，为当前凝聚态物理领域的一大难题，研究团队即致力於从基础发现并理解这些奇特量子物质状态，一探量子世界的奥秘。

在微观原子尺度下，量子力学会导致特殊物质或材料在低温下因不同量子基态间相互竞争呈现新的物质状态，称为「量子临界态」，是电子之间高度量子纠缠的新物质状态。新颖超导体中的奇异金属态涉及大量电子和原子状态的量子纠缠，是高度复杂的多体「量子纠缠」状态。而「奇异金属量子态」可视为低温下由於量子临界扰动现象产生的新型物质状态「量子临界态」。这显示除了一般大众所熟知的金属、绝缘体、超导体和半导体外，自然界还存在着这种新而普遍的物质状态，是凝态物理界具基础和应用价值的新发现。

本研究首次以理论与实验合作的方式揭示了「普朗克金属」的奥秘。实验结果证实了稀土族超导体中「普朗克金属态」的确是处於量子临界点附近之量子临界行为。同时更进一步提出了建立於量子临界电荷扰动基础上之微观理论机制，首次成功解释了此一奇异金属现象及其形成机制与量子临界现象之间的关系，乃为电子之间於量子临界点附近高度「量子纠缠」的结果。

此一成果有助於解开铜基高温超导体中同样源自量子临界电荷扰动之普朗克奇异金属态形成机制。而高温超导体之超导态即由普朗克金属态降温时形成，因此，本论文研究成果有助於解开困扰凝态物理界达35年之谜团「高温超导体形成机制」。

另一方面，完整地描述奇异金属现象在科技应用上也非常重要。若能了解奇异金属态，有助於设计预测并提升高温超导体的超导临界温度，这在科技应用上具有潜力。高温超导体在无能量损耗的电力传输、量子电脑及量子计算等领域具有关键应用，对科技发展、改善生活和环保节能都有重大价值。