中国科学技术大学科研团队首次观测到由多体配对产生的赝能隙,为高温超导机理中的电子预配对假说提供了支持,向理解高温超导机理迈出了重要一步。2月8日,该成果在《自然》杂志发表。
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导致赝能隙的出现(制图:陈磊)
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;铜氧化物高温超导体的发现,使得科学家在超导相变温度以上仍能观察到能隙,这一现象被称为赝能隙,其起源和性质能为解答高温超导机理问题提供关键线索。但要实现这一科学目标,需要在费米气体制备和测量技术两方面取得技术突破。
中国科学技术大学教授潘建伟、姚星灿、陈宇翱等人组建的科研团队,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制备技术,并在超稳磁场下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,团队系统地测量了不同温度下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。
他们还将这一过程进行了艺术化的呈现。头顶玉珠的两条鲤鱼,象征着一对自旋相反的费米子,龙门则代表超流相变和赝能隙。“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。《自然》杂志审稿人认为:“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。”