首次观测到多体配对赝能隙 高温超导机理研究迈出重要一步

发布时间:2024-05-19 22:33:52 来源: sp20240519

  北京时间2月8日,国际学术期刊《自然》发布一项量子模拟技术在高温超导研究中的重要进展。中国科学技术大学潘建伟、姚星灿、陈宇翱等人组成的研究团队制备出极低温的纯净量子模拟体系,通过操纵基本粒子的配对,在物质的普通状态和超导态之间观测到了由预先配对的原子所形成的赝能隙。这个发现为高温超导理论框架中的电子预配对假说提供了支持,朝着深入理解高温超导的机理迈出了重要一步。

  超导态指某些物质在低温条件下电阻降为零,同时表现出完全抗磁性的状态,是物理学的重要现象之一。

  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。

  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,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。

  强相互作用(幺正)极限下的超冷费米气体以其纯净性和可控性为赝能隙的机理研究提供了一个理想的量子模拟平台。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。然而,这一科学目标的实现面临着两项重大技术挑战,也是以往的工作一直未能取得突破的原因:首先,需要制备高品质、密度均匀的幺正费米气体;其次,要在超冷原子体系中开发类似角分辨光电子能谱的测量技术。

  中国科学技术大学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,并发展了大磁场的稳定技术。在该超稳磁场下,研究团队利用微波脉冲将原子激发到与初态无相互作用的高能态,成功实现了超冷原子的角分辨光电子能谱,即动量可分辨的微波谱学技术。在取得上述两项关键技术突破的基础上,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。

  (总台央视记者 帅俊全 褚尔嘉) 【编辑:李岩】