电子关联效应会导致高温及非常规超导电性、反常的磁性、金属绝缘体相变、半金属、自旋电荷分离、量子霍尔效应、庞磁阻、巨热电、多铁性、重费米子等大量丰富的量子效应和现象。探索这些效应和现象产生的微观机理,建立多体量子理论体系,是量子物理最活跃和最具挑战性的前沿研究领域之一,其研究促进了物理学与材料、化学、能源和信息等学科的交叉,是指导和促进多体量子材料及效应的应用、发现新的量子能源和信息材料的基础。

强关联体系的研究具有很强的探索性,在过去10年取得了长足的发展,推动了多体量子理论、实验仪器和表征手段的发展和改进,加深了对微观世界的认识,研究领域也在不断扩大,成为大量新的学科方向的孵化器。例如对铜氧化物高温超导的研究导致并推动了庞磁阻和多铁物理的研究,对量子霍尔效应的研究导致了拓扑绝缘体研究。推动这个领域发展的动力主要来自三个方面。（1）新的量子现象和量子材料的发现。这个领域每一次研究热潮通常都是从一种新的量子材料开始的。过去30多年里,重费米子、高温超导、量子霍尔效应等量子现象的发现,以及近年来铁基超导、FeSe/STO界面超导、铱氧化物等新材料的发现有力推动了本学科的发展。（2）实验方法的创新和完善。高温超导和其他强关联体系研究,对实验方法和精度提出了很高的要求,由此也推动了实验方法和技术的创新和发展,将STM、ARPES等一大批实验方法推向了极致,同时也促进了许多新实验方法的发明,不仅大大加快了这个领域的研究,同时也为其他材料和物理问题的研究提供了强有力的研究手段。（3）新的量子理论和计算方法的建立。强关联量子问题是量子理论研究中最具挑战性的问题之一,对未知量子世界的好奇和探索,促进了新的量子理论（例如拓扑量子场论、量子相变理论等）和多体计算方法（例如密度矩阵和张量重正化群、量子蒙特卡洛模拟、动力学平均场等）的建立和发展,同时这些新的理论和方法的发展也增强了对强关联量子现象的认识。

根据作者对该领域研究工作的了解,近10年来的研究热点如下。

（1）铜氧化物高温超导

铜氧化物超导机理是多体量子物理研究的核心问题之一,近年来这方面的研究回暖趋势明显,特别是最近在这类材料中发现电荷密度波现象,引起广泛关注,也成为一个新的研究热点。

（2）铁基超导体

自2008年日本科学家发现首个铁基高温超导体以来,铁基超导体毫无疑问是近10年来的研究热点。在适当条件下铁基超导体转变温度均超过麦克米兰极限。发现了大量铁砷系和铁硒系列的超导家族,对这些材料的电子结构、磁结构、输运性质和相图进行了全面的研究。近期在FeSe/STO界面超导的研究,发现超导转变温度能进一步提高。

（3）重费米子超导体

近年来发现了一些新的重费米子体系及其超导体。另外,在SmB6体系发现了由于关联效应导致的拓扑绝缘相。

（4）有机及其他超导材料

发现了包括金属掺杂的非有机超导、CrAs和Ta₄Pd₃Te₁₆等一些新的超导材料。此外,针对不具有中心对称的材料和氧化物超导材料,在物性和机理方面也有持续的研究工作。

（5）莫特绝缘体

莫特绝缘体是强关联量子问题研究的一个经典问题。在发现或揭示莫特绝缘体的能隙结构、莫特绝缘体到金属的转变、多带莫特相变的能带演化机理、杂质掺杂的作用等方面都有持续研究。

（6）电荷、轨道或自旋有序材料

包括锰氧化物巨磁阻材料、多铁性材料以及其他各种电荷或自旋有序材料,主要是利用各种电和磁的测量和表征技术甄别各种有序现象的存在性,并通过外磁场、掺杂或加压来调控其中可能存在的量子相变。

（7）量子反铁磁及其他低维量子材料

量子反磁体中有着非常丰富和有趣的物理性质,还包括近年来的一些凝聚态物理研究的热点问题,例如量子自旋液体和自旋冰问题等。

从统计数据来看中国强关联体系领域的总体发展水平（见表1）：2009–2011年间,中国在该领域发表SCI论文4 306篇,世界排名第4,而2012–2014年中国发表的SCI论文数量上升到5 095篇,跃居世界第2（仅次于美国）;同时被引频次也从2009–2011年的世界第4上升到2012–2014年的世界第3。可见近年来,中国强关联体系领域无论在研究规模（论文数量）还是影响力（被引频次）方面都有所进步,这得益于国家对基础学科研究的持续支持。20世纪90年代末以来,各类人才项目逐渐推出,引进了大量理论和实验科研人才,特别是年富力强的青年人才,学科布局变得比较全面完善,形成了一支以中国科学院物理研究所、中国科学技术大学、复旦大学、清华大学、浙江大学、北京大学、南京大学、人民大学等单位为核心,在国际上有很强竞争力的研究队伍。自主开发或购置完备了各种实验手段,在新材料的探索和制备、角分辨光电子能谱、中子散射、扫描隧道显微镜、核磁共振、红外光谱及各种极端条件下的输运测量、理论的分析和预测等各个方面中国都有1个或多个实验组在开展研究工作。此外,上海光源与合肥和武汉强磁场实验室等大科学装置的投入运行,为本领域的研究提供了更多更强大的实验手段。同时,这些研究组重视学术交流,与国际上最强的研究机构或研究组联系密切,为取得重大研究突破做了人才和知识的储备。这也是我国产出的SCI论文总数和被引用总数均居国际前列的原因。然而我们也应清醒地认识到,我国在本领域的研究距离能持续产生原创成果的目标仍然很远。

近年来,中国在超导和强关联研究领域,特别是铁基超导研究方面取得了一批世界领先的成果。比如,（1）铁基超导体：我国在铁基超导研究方面实力雄厚,在Hosono研究组宣布发现铁基超导体之后,中国科学家就能很快跟上并进而引领该领域的研究,在材料生长、物性测量和分析以及理论研究方面取得了一批国际领先的成果,尤其是在铁砷类超导单晶的探索,K_xFe₂Se₂新超导体的发现,还有近期在FeSe/STO界面超导的研究方面,对铁基超导的研究起到了引领作用。（2）有机及其他超导材料：国内有多个研究组开展这方面的研究工作,发现了包括金属掺杂的非有机超导、CrAs和Ta₄Pd₃Te₁₆等一些新的超导材料。此外,针对不具有中心对称的材料和氧化物超导材料,在物性和机理方面也做了一些比较深入的研究工作。

超导与强关联材料与其他领域的交叉也蕴育了很多新的物理发现,我国也取得多项重要成果。（1）在近藤拓扑绝缘体的研究中,我国的研究组开展了大量的输运和电子结构研究工作,发现了这些强关联体系中的拓扑表面态的证据。在超导和拓扑绝缘体的界面中,发现了两者的耦合,并通过加压等方法,开展了拓扑超导体的材料探索。（2）在4d/5d等具有一定电子关联的强自旋轨道耦合的体系的研究中,我国的理论组也预言了多种有趣的拓扑物性和新的量子态（如Weyl半金属）。（3）由于大量的超导与强关联材料是二维体系,通过解理,可以获得二维晶体,结合器件的构筑,利用场效应（包括离子液体或者凝胶）,可以获得对关联材料的调控,也丰富了半导体材料的研究。最近我国的1个研究组独立制备出了磷烯场效应管就是这方面的一个例子。

在强关联电子材料中,电荷、自旋、轨道的耦合在电子-电子互作用驱动下产生丰富的电子有序相,而这些相在能量尺度上相近,对外界控制参数具有非常敏感的响应,其竞争或合作导致奇异的物理性质和功能,如高温超导、特大磁阻、多铁性、量子相变等,具有重大的应用前景。因此,强关联体系一直是国际上凝聚态物理研究最庞大和最深入的领域之一。强关联材料的基本组成并不复杂,但其整体性质异常复杂,其集体响应难以从基本组成推断出来。因此预言强关联材料的演生复杂性质是当代凝聚态物理领域最具挑战性的课题。事实上,理解复杂现象如何从简单组成演生出来的问题,已被美国科学院选定为当代凝聚态和材料物理下一个10年的挑战之一。另外,美国能源部把从原子和电子层次控制物质性质的能力作为五大挑战之一。毫无疑问,发现和调控强关联电子材料会是凝聚态和材料科学的至关重要的研究领域。

我国的超导和强关联物理学科研究经过了过去10年的快速发展,在国际上占据了一席之地。学科进一步发展的目标,就是在现有的基础上继续发挥我国在超导和强关联研究方面的优势。扩大研究队伍体量,争取在未来10年达到日本的水平。进一步增强竞争力,在不久的将来不仅能够继续做出一批具有国际水平的研究工作,力争在铁基超导和重费米子超导的机理方面取得重大进展,并且能够做出原创性的研究工作,发现新的具有重大意义的超导材料（例如一种新的转变温度超过液氮温度的超导体）,开辟高温超导研究的新方向,引领学科的发展。可能的突破方向包括以下几个方面。（1）铁基超导机理的研究：主要是要结合理论研究,设计判定性的实验方案,并通过高水平的实验测量获得配对对称性、配对中介玻色子等关键物理信息,为最终解决铁基超导的机理问题提供可靠的实验依据。（2）高温超导材料的探索：通过晶体和异质结构的生长,进一步提高铁基超导的转变温度;寻找新型的非常规超导材料。（3）新型强关联量子材料的探索：开展4d、5d、4f、5f等过渡金属和稀土元素化合物的探索,在关联体系引入强的自旋轨道耦合和多轨道效应等,发现新的量子序和量子相变。

我国的超导和强关联研究尚有比较薄弱和有待加强的方向。（1）材料是本学科发展的驱动力,目前的年轻研究力量也仍显不足,有待加强扶持。除了体材料之外,也须加强在复杂体系薄膜和界面体系的精确控制生长技术的研发。（2）重费米子超导有丰富的物性,许多基本问题长期悬而未决,特别是5f体系也有很多新的现象亟待发现。我国在此领域的研究开展较晚,力量薄弱,须扶持相关的研究队伍。鉴于我国在超导研究的前期积累,有望在重费米子超导机理研究上取得重大突破。（3）同步辐射等大型科学装置的实验技术有待提升。先进同步辐射技术非常丰富,往往能够揭示关联材料的重要微观信息,但是我国凝聚态物理领域的先进同步辐射实验站比较欠缺,可以通过对仪器项目的支持增强这方面的能力。类似地,中子散射和强磁场等涉及大科学装置的实验技术也需要大力扶持。