8日从中国科学技术大学获悉,该校潘建伟、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,朝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。2月8日,该成果发表在国际学术期刊《自然》上。中国科大姚星灿教授(右)、陈宇翱教授(左)在实验室讨论课题内容。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。图中头顶玉珠的两条鲤鱼,象征着一对自旋相反的费米子;龙门代表了超流相变和赝能隙。鲤鱼跃过龙门,表明配对发生在超流相变温度以上。这种配对现象反过来又导致赝能隙的出现。
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。连接和独立的小球分别代表库珀对和单粒子,曲面间隙为赝能隙。经过多年艰苦攻关,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。研究团队还发展了大磁场的稳定技术,在约700 G(高斯)的磁场下,其短期波动优于25 μG(微高斯),相对磁场稳定度接近10-8,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。《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。”来源:科技日报,文中图片由中国科学技术大学提供
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