高温超导微观机理是凝聚态物理最具挑战的科学难题之⼀。当高温超导电性被外场破坏后，其正常态电阻率会展现出随温度线性变化（从高温延伸⾄接近绝对零度）的“奇异⾦属”⾏为。⼗年前，研究⼈员发现奇异⾦属正常态与高温超导之间存在着密切联系，探究两者间量化物理规律是揭示高温超导微观机理的重要路径。
然⽽高温超导材料组成结构复杂，传统的合成与表征⼿段难以获得⾜够数量的⾼精度数据，定性到定量认识过程极具挑战，因此亟需发展新的实验⼿段实现对单⼀变量的⾼效、⾼精度控制。
鉴于此，中国科学院物理研究所超导国家重点实验室⾦魁研究员团队发展了材料基因⼯程连续组分单晶薄膜实验技术，在1平⽅厘⽶的SrTiO3单晶衬底上实现精细的元素配⽐调控，成功制备出具有单晶品质、化学组分连续变化的⾼温超导La2-xCexCuO4薄膜 (0.10 ≤ x ≤0.19)。
同时，结合跨尺度表征技术，将物性分辨率提升两个数量级（从10-2⾄10-4），⾸次揭示超导转变温度Tc与奇异⾦属线性电阻斜率A1间的量化规律，即Tc ∝ A10.5。接下来⼀个关键的问题是：Tc和A1之间的0.5次幂关系是否具有普适性及其物理意义是什么？尽管已有的研究数据表明空⽳型铜氧化物和有机超导体也符合这⼀趋势，但由于其数据点较少，缺乏系统性的数据从⽽难以给出准确的结论。
最近中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中⼼超导国家重点实验室SC02组江星宇、秦明阳、魏鑫健等在陈其宏特聘研究员和⾦魁研究员的指导下，发展了单⼀变量调控和原位表征技术，精细调控铁基材料超导电性并深⼊探索其奇异⾦属态和超导之间的定量化规律。他们采⽤脉冲激光沉积法⽣⻓FeSe薄膜，并利⽤离⼦液体调控进⾏电⼦掺杂，实现了FeSe的Tc从8K⾄45K的连续调控。
为了表征调控过程中载流⼦掺杂均匀性，团队搭建了离⼦液体调控和原位互感线圈集成装置，调控过程中连续、平⾏移动的超导抗磁转变证实离⼦液体具有均匀、整体调控的效果。同时，他们和武汉、合肥强场中⼼展开合作，利⽤强磁场压制超导，⾸次获得了FeSe体系奇异⾦属态的实验证据：强磁场下正常态电阻率随温度线性依赖、低温下正常态电阻率随磁场线性依赖、以及磁电阻率随温度（T）和磁场（H）的H/T标度不变⾏为。
最终，通过离⼦液体精细调控获得了在很宽的掺杂范围内超导温度Tc和奇异⾦属态线性电阻斜率A1的系统数据，证实其具有抛物线关系，也就是说Tc ∝ A10.5对FeSe基超导体同样成⽴。这⼀结果证实两⼤⾼温超导家族—铁基和铜基超导体具有相似的规律，表明⾼温超导与奇异⾦属态之间的相互作⽤具有普适性。过去的研究表明电⼦型铜氧化物的配对媒介很可能是反铁磁涨落，这⼀结论跟有机超导体的图像也⾮常吻合。
⽽FeSe和这些超导体系相似的奇异⾦属态⾏为、Tc和A1的量化关系，以及FeSe本身较强的反铁磁⾃旋涨落，说明⾃旋涨落很可能对FeSe的超导配对具有重要作⽤，不同的⾼温超导家族具有相似的配对驱动因素。
以上研究成果以“Interplay between superconductivity and the strange-metal state in FeSe”为题，于2023年1⽉16⽇在Nature Physics杂志在线发表。
在同期发表的研究简报（Research Briefing）中，Nature Physics杂志主编David Abergel评价“This paper is exciting because finding a quantitative relationship between the strange metal and superconductivity indicates that the mechanism for these might be universal to other superconductors, such as the cuprates（这个⼯作报道的奇异⾦属态和超导之间的定量化关系是⼀个令⼈兴奋的发现，说明铁基和铜基超导很可能具有相同的机制）”。
该⼯作得到了国家重点研究发展计划、国家⾃然科学基⾦、北京市⾃然科学基⾦、北京市科技新星计划、⼴东省重点领域研发计划的⽀持、中科院战略性先导科技专项（B类）和中科院稳定⽀持基础研究领域⻘年团队的⽀持。
该⼯作是在赵忠贤院⼠的建议下，由陈其宏特聘研究员和⾦魁研究员构思并带领团队攻关，冯中沛、林泽丰、陈赋聪、赵展艺⽣⻓了薄膜样品，物理所蒋坤特聘研究员、胡江平研究员、向涛院⼠提供理论⽀持，国家脉冲强磁场科学中⼼（武汉）杨明和王俊峰教授等、中国科学院强磁场科学中⼼（合肥）郗传英和王钊胜研究员等协助⾼场测量，江星宇、秦明阳、魏鑫健为并列第⼀作者，多名博⼠后、研究⽣和已毕业博⼠⽣参与贡献。
陈其宏特聘研究员、⾦魁研究员为共同通讯作者。图1，基于离⼦液体调控揭示FeSe奇异⾦属态与超导的定量化物理规律。A、离⼦液体调控下电阻率温度曲线。B、不同调控状态下抗磁性随温度依赖关系。C、⾼磁场下电阻率温度关系。D、奇异⾦属态和超导随掺杂演化相图。颜⾊图表示实验数据和线性拟合之间的差值。E、超导温度（Tc）和线性电阻斜率（A1□）关系。