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龍行龘龘，中國科大量子模擬取得新突破

點(diǎn)擊：  作者：帥俊全 褚爾嘉    來源：中科院之聲微信號  發(fā)布時間:2024-02-09 12:26:49

 

▲中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)姚星燦、陳宇翱在實(shí)驗(yàn)室開展科研工作

 

北京時間2月8日，國際學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)布一項(xiàng)量子模擬技術(shù)在高溫超導(dǎo)研究中的重要進(jìn)展。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、姚星燦、陳宇翱等人組成的研究團(tuán)隊(duì)制備出極低溫的純凈量子模擬體系，通過操縱基本粒子的配對，在物質(zhì)的普通狀態(tài)和超導(dǎo)態(tài)之間觀測到了由預(yù)先配對的原子所形成的贗能隙。這個發(fā)現(xiàn)為高溫超導(dǎo)理論框架中的電子預(yù)配對假說提供了支持，朝著深入理解高溫超導(dǎo)的機(jī)理邁出了重要一步。

 

超導(dǎo)態(tài)指某些物質(zhì)在低溫條件下電阻降為零，同時表現(xiàn)出完全抗磁性的狀態(tài)，是物理學(xué)的重要現(xiàn)象之一。

 

能隙的產(chǎn)生是超導(dǎo)的標(biāo)志性現(xiàn)象。

 

在常規(guī)超導(dǎo)體中，能隙存在于超導(dǎo)相變溫度以下。隨著銅氧化物高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)，即使在超導(dǎo)相變溫度以上，能隙仍然能夠被觀測到，這種現(xiàn)象被稱為贗能隙。

 

贗能隙的起源和性質(zhì)可以為解答高溫超導(dǎo)的機(jī)理問題提供關(guān)鍵線索。學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為主要存在兩種可能的贗能隙機(jī)制，但由于真實(shí)的高溫超導(dǎo)材料體系非常復(fù)雜，各種可能的機(jī)制來源相互競爭，一直無法明確究竟是何種機(jī)制在起作用。

 

強(qiáng)相互作用（幺正）極限下的超冷費(fèi)米氣體以其純凈性和可控性為贗能隙的機(jī)理研究提供了一個理想的量子模擬平臺。因此，能否在該體系中觀測到贗能隙，將成為對多體配對機(jī)制的決定性驗(yàn)證。然而，這一科學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)面臨著兩項(xiàng)重大技術(shù)挑戰(zhàn)，也是以往的工作一直未能取得突破的原因：首先，需要制備高品質(zhì)、密度均勻的幺正費(fèi)米氣體；其次，要在超冷原子體系中開發(fā)類似角分辨光電子能譜的測量技術(shù)。

 

 

▲單粒子譜示意圖：連接和獨(dú)立的小球分別代表庫珀對和單粒子，曲面間隙為贗能隙。（制圖：陳磊）

 

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)建立了超冷鋰-鏑原子量子模擬平臺，實(shí)現(xiàn)了世界領(lǐng)先的均勻費(fèi)米氣體的制備，并發(fā)展了大磁場的穩(wěn)定技術(shù)。在該超穩(wěn)磁場下，研究團(tuán)隊(duì)利用微波脈沖將原子激發(fā)到與初態(tài)無相互作用的高能態(tài)，成功實(shí)現(xiàn)了超冷原子的角分辨光電子能譜，即動量可分辨的微波譜學(xué)技術(shù)。在取得上述兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)突破的基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)地測量了不同溫度下的幺正費(fèi)米氣體的單粒子譜函數(shù)，并成功觀測到了贗能隙的存在，為電子預(yù)配對假說提供了支持。

 

（原標(biāo)題為：首次觀測到多體配對贗能隙 高溫超導(dǎo)機(jī)理研究邁出重要一步）

 

來源：央視新聞客戶端