主要研究方向

本团队致力于发挥超导单晶薄膜和超导组合薄膜技术特色，针对高温超导核心物理问题和关键应用基础开展研究工作。
关键词：高温超导，单晶薄膜，材料基因。

1. 开辟高通量超导研究方向。以先进的高通量合成技术为主要手段，制备外延组合薄膜及界面。超导薄膜通常是在超导多晶材料报道后才陆续被制备出来，但通过组合制备方法可以在同一块衬底上制备出连续组分且空间可分辨的高质量外延薄膜。高通量组合制备及微区高速表征技术是材料基因计划（Materials Genome Initiative）的核心技术，可加速材料研发周期，保障新（超导）材料探索的可执行性。与北京材料基因平台密切合作。

2. 探索高温超导机理。选取对机理理解至关重要却缺乏高质量单晶块体的氧化物体系，制备出高质量的（亚稳态）单晶薄膜。工作围绕高温超导体系中与机理密切相关的量子临界效应来展开，包括组分掺杂、强磁场、静电场等多种调控手段。发挥组合外延薄膜的优势深入挖掘高温超导体系的多维电子态相图，揭示其丰富的物理内容。

3. 推进超导薄膜实用化进程。选取关键超导材料体系，制备出最好的的实用超导薄膜。这方面工作将主要围绕大面积薄膜制备、磁性表征和高频响应展开，与松山湖材料实验室实用超导薄膜团队密切合作。

近期重要进展：

1.高温超导和高温超导被压制后的奇异金属（如线性电阻）背后的微观机制都是跨世纪难题，它们之间是否存在定量化规律是该领域最重要前沿研究课题，也是最困难的，因为传统的研究手段在合成系列化学组分的单晶薄膜时需要数年的时间，而且控制精度有限。金魁团队致力于发展新一代连续组分超导单晶薄膜制备及跨尺度表征技术，成功制备具有连续组分的高温超导单晶薄膜，并将物性识别率提升两个数量级(至万分之一)，进而首次揭示奇异金属散射和高温超导转变温度之间的普适物理规律，实现高温超导量变导致质变道路上的重要突破。该实验成果在Nature2022刊发，被国际评审专家一致誉为“tour de force”(绝技)，成为材料基因工程与高温超导领域创新交叉融合的典型范例(APS March Meeting 2022 Focus Session邀请报告)。

2.做最好的超导薄膜需要最好的镀膜设备。金魁团队2013年至今走出了一条从定制到设计，再到核心部件国产化，最后整机国产、尖端、实用化的自主创新技术路线，最终解决大面积镀膜设备卡脖子问题。大尺寸双面钇钡铜氧单晶薄膜是设计高温超导薄膜器件的良好载体，如高温超导微波器件是提高通讯系统灵敏度和抗干扰能力的重要部件。在大面积激光薄膜设备国外禁运的情况下，带领团队启用国产化部件，攻克系列技术难题，仅用一年时间就成功研制出国产化三光束脉冲激光共沉积系统，制备出高品质应用型超导薄膜，该镀膜设备对先进材料体系广泛适用。

其他代表工作综述：

1. 单晶薄膜推进高温超导体机理研究方面：a）第一次从实验上给出了电子型铜氧化物过掺杂区域完整的相图（测量至20mK），该相图已被著名理论学家D.Scalapino在2012年为Rev. Mod. Phys.上撰写的综述所采用，沿用至今。b）首次发现电子型铜氧化物中超导转变温度和线性电阻（高温超导领域中常提到的“strange metal”）的散射强度密切相关。c）揭示电子型铜氧化物体系和超导边界有关的第二种量子涨落。相关结果以第一作者发布在Nature(2011)和PNAS(2012)，并在2012美国APS March Meeting邀请专场做邀请报告。在认识化学掺杂相图的基础上，团队进一步基于磁场、离子液体等调控手段构建高维电子态相图，发现离子液体调控下的两种绝缘-超导相变机制Sci Bull(2020)和磁场驱动下的量子相变PRB(2021)。

2. 发展薄膜工艺探索新的超导家族方面：制备高质量的尖晶石氧化物LiTi2O4超导单晶薄膜，结合电输运和点接触隧道谱首次获得该体系的电子态相图，发现随温度升高其超导态上方存在轨道相关序，继续升温进入自旋涨落区域Nature Commun.(2015)（详细请点击），系统研究了该体系的电声作用、超导-绝缘相变、上临界磁场演化PRB(2019)。在对尖晶石氧化物超导体的深入认识基础上，通过晶格结构设计成功在轨道有序绝缘体MgTi2O4实现超导电性PRB(2020)，这是近百种尖晶石氧化物中的第二个超导案例。进一步通过离子液体调控技术在超导单晶薄膜LiTi2O4中注入电子会发生超导-绝缘转变，和我们发现的MgTi2O4绝缘-超导相变在电学性质和结构上展现出高度相似性PRB(2021)。

3. 高通量超导研究范式方面：通过高通量组合薄膜技术发现了一种新的超导材料，是该技术所发现的第一个新超导材料，部分结果发布在APL Mater.(2013)；首次利用组合激光分子束外延技术在1cm单晶衬底上成功制备出具有梯度化学组分的单一取向铜氧化物超导薄膜，部分结果以封面故事发布在Sci. China(2017)；和物理所郇庆团队研发新一代关键高通量设备Rev.Sci. Instrum. (2020)，入选中科院自主研制仪器名录，被《中国材料基因工程研究进展》评价为“为我国规模化的高通量实验研究形成了示范”；受邀撰写首篇高通量超导研究交叉方向综述SuST(2019)，并作为第八章收录于Book “Fundamentals of Quantum Materials”(ISBN: 9789811219368)。率队推进高温超导研究和材料基因工程的深度交叉融合，逐渐开辟出独具特色的高通量超导研究新范式，依托材料基因平台单晶薄膜实验站推广新一代高通量实验技术，加速其他量子材料研究进程。

基金支持

我们的工作得到国家重点基础研究发展计划项目(2021YFA0718700,2022YFA1603903），国家自然科学基金(11927808，11834016，11961141008,11888101，12274439, U23A6015)，中国科学院B类先导专项(XDB25000000)，北京自然科学基金资助项目（Z190008），广东省重点领域研发计划资助(2020B0101340002)，中国科学院基础研究青年团队(2022YSBR-048）。