科學(xué)家首次觀測到多體配對贗能隙
本報訊（記者王敏）中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士、姚星燦教授、陳宇翱教授等人基于強(qiáng)相互作用的均勻費米氣體，首次觀測到由多體配對產(chǎn)生的贗能隙。這項研究首次確定了配對贗能隙的存在，為高溫超導(dǎo)機(jī)理中的電子預(yù)配對假說提供了支持，向理解高溫超導(dǎo)機(jī)理邁出了重要一步，是利用量子模擬解決重要物理問題的一個范例。2月8日，該研究成果發(fā)表于《自然》。
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。陳磊/制圖
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：一是來源于超導(dǎo)相變溫度以上的電子多體預(yù)配對；二是來源于在高溫超導(dǎo)體中發(fā)現(xiàn)的多種量子有序相。但是，由于真實的高溫超導(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(jī)理研究提供了一個理想的量子模擬平臺。然而，這一科學(xué)目標(biāo)的實現(xiàn)面臨兩項重大技術(shù)挑戰(zhàn)——首先，需要制備高品質(zhì)、密度均勻的幺正費米氣體；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)。
經(jīng)過多年艱苦攻關(guān)，研究團(tuán)隊建立了超冷鋰-鏑原子量子模擬平臺，實現(xiàn)了世界領(lǐng)先的均勻費米氣體的制備。研究團(tuán)隊還發(fā)展了大磁場的穩(wěn)定技術(shù)，在約700高斯的磁場下，其相對磁場穩(wěn)定度接近10-8，比以往國際上的最優(yōu)結(jié)果提升了一個數(shù)量級以上。在該超穩(wěn)磁場下，研究團(tuán)隊得以成功實現(xiàn)超冷原子動量可分辨的微波譜學(xué)技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊系統(tǒng)測量了不同溫度下的幺正費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。
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?https://doi.org/10.1038/s41586-023-06964-y
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