科學家首次觀測到多體配對贗能隙
本報訊（記者王敏）中國科學技術大學潘建偉院士、姚星燦教授、陳宇翱教授等人基于強相互作用的均勻費米氣體，首次觀測到由多體配對產生的贗能隙。這項研究首次確定了配對贗能隙的存在，為高溫超導機理中的電子預配對假說提供了支持，向理解高溫超導機理邁出了重要一步，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：一是來源于超導相變溫度以上的電子多體預配對；二是來源于在高溫超導體中發現的多種量子有序相。但是，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。然而，這一科學目標的實現面臨兩項重大技術挑戰——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。
經過多年艱苦攻關，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。研究團隊還發展了大磁場的穩定技術，在約700高斯的磁場下，其相對磁場穩定度接近10-8，比以往國際上的最優結果提升了一個數量級以上。在該超穩磁場下，研究團隊得以成功實現超冷原子動量可分辨的微波譜學技術。在此基礎上，研究團隊系統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。
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?https://doi.org/10.1038/s41586-023-06964-y
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