【光明日报】我国科学家首次观测到多体配对赝能隙

为理解高温超导机理提供支持

发布时间:2024-02-08 15:16 来源:光明日报8版 阅读次数:
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中国科学技术大学潘建伟、姚星灿、陈宇翱等人基于强相互作用的均匀费米气体,首次观测到了由多体配对产生的赝能隙。这项研究首次确立了配对赝能隙的存在,为高温超导机理中的电子预配对假说提供了支持,向理解高温超导机理迈出了重要一步,是利用量子模拟解决重要物理问题的一个范例。

“能隙的产生是超导的标志性现象。在常规超导体中,能隙存在于超导相变温度以下。随着铜氧化物高温超导体的发现,即使在超导相变温度以上,能隙仍然能够被观测到,这种现象被称为赝能隙。”姚星灿介绍。

据了解,赝能隙的起源和性质可以为解答高温超导的机理问题提供关键线索。学术界普遍认为主要存在两种可能的赝能隙机制:一是来源于超导相变温度以上的电子多体预配对;二是来源于在高温超导体中发现的多种量子有序相。但由于真实的高温超导材料体系非常复杂,各种可能的机制来源相互竞争,一直无法明确究竟是何种机制在起作用。因此,能否在该体系中观测到赝能隙,将成为对多体配对机制的决定性验证。

经过多年的艰苦攻关,该研究团队建立了超冷锂-镝原子量子模拟平台,实现了世界领先的均匀费米气体的制备。“费米气体是一个量子统计力学中的理想模型,指的是一群不相互作用的费米子。”姚星灿说。

研究团队还发展了大磁场的稳定技术,比以往国际上的最优结果提升了一个数量级以上。在该超稳磁场下,研究团队得以成功实现超冷原子动量可分辨的微波谱学技术。在此基础上,研究团队系统地测量了不同温度下的幺正费米气体(一种强相互作用的量子费米气体)的单粒子谱函数,并成功观测到了赝能隙的存在,为电子预配对假说提供了支持。

该研究工作不仅推进了强关联多体系统的研究,也为完善多体理论提供了重要的实验依据。此外,该工作中发展的超冷原子量子调控技术为下一步研究其他重要的凝聚态物理现象,如单带超流、条纹相、FFLO超流等奠定了技术基础。

该成果2月8日凌晨以《幺正费米气体中赝能隙的观测和量化》为题发表在国际学术期刊《自然》上。《自然》杂志的审稿人一致认为,“这项工作解决了一个长期存在的重要物理问题,是量子模拟研究的里程碑进展”。(记者 常河)