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▲中國科學技術大學姚星燦、陳宇翱在實驗室開展科研工作

北京時間2月8日，國際學術期刊《自然》發布一項量子模擬技術在高溫超導研究中的重要進展。中國科學技術大學潘建偉、姚星燦、陳宇翱等人組成的研究團隊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，在物質的普通狀態和超導態之間觀測到了由預先配對的原子所形成的贗能隙。這個發現為高溫超導理論框架中的電子預配對假說提供了支持，朝著深入理解高溫超導的機理邁出了重要一步。

超導態指某些物質在低溫條件下電阻降為零，同時表現出完全抗磁性的狀態，是物理學的重要現象之一。

能隙的產生是超導的標志性現象。

在常規超導體中，能隙存在于超導相變溫度以下。隨著銅氧化物高溫超導體的發現，即使在超導相變溫度以上，能隙仍然能夠被觀測到，這種現象被稱為贗能隙。

贗能隙的起源和性質可以為解答高溫超導的機理問題提供關鍵線索。學術界普遍認為主要存在兩種可能的贗能隙機制，但由于真實的高溫超導材料體系非常復雜，各種可能的機制來源相互競爭，一直無法明確究竟是何種機制在起作用。

強相互作用（幺正）極限下的超冷費米氣體以其純凈性和可控性為贗能隙的機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制的決定性驗證。然而，這一科學目標的實現面臨著兩項重大技術挑戰，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、密度均勻的幺正費米氣體；其次，要在超冷原子體系中開發類似角分辨光電子能譜的測量技術。

▲單粒子譜示意圖：連接和獨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）

中國科學技術大學研究團隊建立了超冷鋰-鏑原子量子模擬平臺，實現了世界領先的均勻費米氣體的制備，并發展了大磁場的穩定技術。在該超穩磁場下，研究團隊利用微波脈沖將原子激發到與初態無相互作用的高能態，成功實現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技術。在取得上述兩項關鍵技術突破的基礎上，研究團隊系統地測量了不同溫度下的幺正費米氣體的單粒子譜函數，并成功觀測到了贗能隙的存在，為電子預配對假說提供了支持。

（原標題為：首次觀測到多體配對贗能隙 高溫超導機理研究邁出重要一步）

來源：央視新聞客戶端