SC10-发现新型层状钴基硒氧化物超导体
超导研究是凝聚态物理领域中最引人注目的研究方向之一，不仅体现在超导体系的多样性为基础研究提供了丰富的研究对象，也归因于超导材料在电力能源和强磁场等方面具有其他功能材料无法取代的优势。相对于常规的超导材料，非常规超导电性的出现打破了经典BCS超导理论的制约。非常规超导材料中观察到的高TC、d 波（s±波、p波）配对、相图中超导相与结构和磁性的关联等，凸显了经典超导理论的危机，又为新的超导图像的建立提供了契机。探索新型非常规超导材料，能为建立新的超导统一理论提供必不可少的参考素材，更有助于我们发现具有更高超导转变温度的新超导体。大量研究工作表明，这类非常规超导电性主要发生在低维材料体系中。现有的高温超导材料，不但大多具有准二维结构，而且表现出超导与磁性之间的紧密关联。在铜氧化合物和铁基高温超导体中，超交换的反铁磁耦合是高温超导电性出现的主要诱因。产生这种反铁磁耦合的晶体结构单元是铜氧八面体配位或铁砷四面体配位，这些可以被当作超导“基因”；但是，其内在的超导机制仍未解决。因此，人们希望在铜、铁基超导体之外再找到新型非常规（高温）超导材料，从一个全新的角度去探究非常规超导机制，从而最终解决这个超导产生之谜。
SC7-极低温激光角分辨光电子能谱确定只具有空穴型费米面铁基超导体的超导能隙对称性
铁基超导体作为第二大类高温超导材料，自2008年发现以来，其超导配对机理一直是凝聚态物理领域的重大前沿问题。确定超导能隙对称性和导致电子配对的媒介是解决超导机理的两个先决条件。铁基超导体是一个典型的多带体系，其配对对称性和费米面的拓扑结构密切相关。大多数铁基超导体具有布里渊区中心（Γ点）的空穴型费米面和布里渊区角落（M点）的电子型费米面，其配对对称性普遍被认为是s± (Γ-M), 即在Γ点空穴型费米面和M点电子型费米面上超导能隙符号相反的s波。在电子掺杂的只具有电子型费米面的铁基超导体中，例如单层FeSe/SrTiO3超导薄膜，其配对对称性尚有争议，可能是s±波或d波。而在空穴掺杂的铁基超导体中，极度过掺区域会得到只具有空穴型费米面的情形，其配对对称性引起了广泛的讨论，提出的可能性包括s±(Γ-Γ)，即在Γ点两个费米面上配对符号相反的s波，或者d波等。厘清超导配对对称性和不同费米面结构之间的关系，对理解铁基超导体的超导机理至关重要。
SC7-铜氧化物高温超导体中普遍存在着共存的电子-玻色模耦合作用
在传统超导体中，电声子相互作用对超导电性的产生起着决定性的作用。在铜氧化物高温超导体中，电子与声子或其它玻色子耦合是否存在，以及电声子耦合在产生高温超导电性中的作用仍然不清楚。在对铜氧化物高温超导体多体效应的研究中，角分辨光电子能谱发挥了重要的作用。前期对多种铜氧化物高温超导体的角分辨光电子能谱研究表明，其节点方向能带色散存在~70meV的扭折(kink)结构，在一些超导体的反节点附近能带色散存在~40meV的扭折结构，超导态反节点区域光电子能谱曲线中存在着著名的“peak-dip-hump”（峰-谷-包）结构。已有的实验结果比较零散，相互之间还存在着矛盾。特别是对这些结构起源的认识还存在着争论，主要集中在是归结于电子与声子的耦合，还是电子与磁共振模式的相互作用，或者是电子与两种模式共同作用的结果。深入研究铜氧化物高温超导体中的多体相互作用，对理解其中电子-玻色模相互作用的起源及其在产生高温超导电性中的作用具有重要意义。
SC7-角分辨光电子能谱研究揭示三层铜氧化物超导体高临界温度的电子结构起源
自1986年铜氧化物高温超导体发现以来，理解高温超导机理和进一步提高超导转变温度一直是凝聚态物理研究中的核心问题。铜氧化物高温超导体的母体是反铁磁Mott绝缘体，高温超导电性是通过向母体掺入适量的载流子得以实现。已有的研究表明，超导转变温度TC不仅取决于铜氧面CuO2的掺杂浓度，也密切依赖于晶胞中CuO2面的层数(n)，并且在三层体系 (n=3) 中超导转变温度TC最高。此外，三层铜氧化物超导体还表现出不寻常的相图，其TC在最佳掺杂达到最高之后在过掺杂区域几乎保持不变，这与通常单层或双层铜氧化物超导体中TC在过掺杂区域显著降低形成明显区别。上述结果表明，除了掺杂浓度之外，还有其它控制TC的关键因素。揭示三层铜氧化物超导体中TC最大化及其在过掺区域TC维持不变的电子结构起源，对于理解高温超导机理和进一步提高TC具有重要意义。
SC7-笼目超导体CsTi3Bi5中的特征平带、狄拉克电子和拓扑非平庸表面态的观测
二维笼目（kagome）晶格体系材料由于其独特的晶体构型和拥有平带、范霍夫奇点和狄拉克锥等特殊的电子结构，为研究超导、电子关联以及拓扑及其相互作用提供了一个理想的平台。其中笼目超导体AV3Sb5 (A=K, Rb和Cs)因其新颖的电荷密度波序、向列相序以及展现出的反常霍尔效应和可能的非常规超导电性等，尤其激发了人们在笼目体系中寻找新奇物性的广泛兴趣。探索具有类似笼目结构的新材料和对其特征电子结构的表征，对理解笼目结构材料中的新奇现象和物性具有重要意义。
SC3-铁基超导体中超导与奇异金属态在压力下的共存共灭现象
低温下电阻随温度的线性变化是奇异金属态的一个重要特征，在非常规超导材料中经常发现。高温超导电性对这种奇异金属态的依赖关系一直是高温超导机理研究中备受关注的问题，可能隐含了破解高温超导机理的“密码”。一般情况下，高温超导体的电阻随温度的变化既包含线性项，也包含温度的平方项，近似可用一个温度的幂律函数，R(T) = R0 + ATα, 或是R (T) = R0+ AT + BT2 来描述。幂指数 α=1 是奇异金属态，系数A的值为零则表明奇异金属态消失。
SC5-Q03量子计算线路模拟临界量子相变取得进展
量子模拟提供了一种研究多体物理的有效途径，有望解决经典计算机可能难以处理的多体问题。通过操控人工可控量子系统，如超导量子比特，可以实现对一大类哈密顿量的模拟与测控。而Aubry-André-Harper（AAH）模型作为一种用于研究局域化和拓扑态的理论基础，近年来引起实验与理论层面的广泛兴趣。一类由AAH模型演变而来的推广AAH（GAAH）模型，其哈密顿量同时包含对角(on-site)与非对角(off-diagonal)准周期调制，分析显示其包含扩展相、局域相和临界相三种具有不同拓扑与局域化性质的相。由于其哈密顿量的模拟要求同时对角与非对角的准周期调制，比特间直接耦合的超导量子比特器件难于实现这种调制；此外，GAAH模型虽然在冷原子系统中在动量空间合成维度得到实现，但仅观察到单粒子（平均场）水平的动力学行为。
SC5-Q03量子计算实现随机混态的纠缠相变观测
随机量子态指的是在整个希尔伯特空间中均匀分布的量子态，由于希尔伯特空间的维数随着比特数指数增长，在实验上制备和观测多比特的随机量子态是十分困难的，谷歌团队就是利用随机量子态的制备和采样这一经典计算困难的问题来实现量子霸权的。同时，随机态在黑洞物理等领域内也引起了广泛兴趣。最近有一些理论工作预测，将随机态划分为系统和环境两部分后，改变环境和系统的相对大小，系统内会出现纠缠相变。但是这种纠缠相变需要用到纠缠负度（negativity） 来刻画，而对多比特纠缠系统，这一实验测量一般是困难的。同时考虑到多比特随机量子态制备的挑战性，这种纠缠相变一直没有在实验上被人们所实现和观测。
SC2-发展离子液体调控技术揭示铁基超导与奇异金属态间量化规律
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【Nature 602, 431 (2022)】。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。
SC5-Q03超导量子电路中基于周期驱动的算符传播研究
算符的传播是研究量子多体系统非平衡动力学的一个新视角，它与利布-罗宾逊界限以及量子混沌系统中的信息置乱（information scrambling）等概念紧密相关，近年来在高能物理、凝聚态物理以及统计物理等领域引起了人们很大的兴趣。算符的传播可用非时序关联子（out-of-time-order correlator，OTOC）来量化，而OTOC测量则需让系统在时间上反向演化，即让哈密顿量反号，这对量子模拟实验提出了巨大的挑战。周期驱动（Floquet工程）可以用来改变量子比特间的耦合，在量子系统的相干调控中已广泛应用，该方法为实现量子多体系统反向演化和测量OTOC提供了一个可能的途径。
