記者2月8日凌晨從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校學(xué)者潘建偉、姚星燦、陳宇翱等人基于強(qiáng)相互作用的均勻費(fèi)米氣體，首次觀測(cè)到了由多體配對(duì)產(chǎn)生的贗能隙，確立了配對(duì)贗能隙的存在，成為利用量子模擬解決重要物理問題的一個(gè)范例，相關(guān)成果在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》上發(fā)表。

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)體的被發(fā)現(xiàn)，即使在超導(dǎo)相變溫度以上，能隙仍然能夠被觀測(cè)到，這種現(xiàn)象被稱為贗能隙。

贗能隙的起源和性質(zhì)可以為解答高溫超導(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(duì)；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。但一直無法明確究竟是何種機(jī)制在起作用。

強(qiáng)相互作用（幺正）極限下的超冷費(fèi)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(gè)理想的量子模擬平臺(tái)。經(jīng)過多年艱苦攻關(guān)，中國科大研究團(tuán)隊(duì)建立了超冷鋰-鏑原子量子模擬平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了世界領(lǐng)先的均勻費(fèi)米氣體的制備。研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)展了大磁場(chǎng)的穩(wěn)定技術(shù)，并得以成功實(shí)現(xiàn)超冷原子動(dòng)量可分辨的微波譜學(xué)技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)地測(cè)量了不同溫度下的幺正費(fèi)米氣體的單粒子譜函數(shù)，并成功觀測(cè)到了贗能隙的存在，為電子預(yù)配對(duì)假說提供了支持。

中國科大姚星燦教授（右）、陳宇翱教授（左）在實(shí)驗(yàn)室討論課題內(nèi)容。

該研究工作推進(jìn)了強(qiáng)關(guān)聯(lián)多體系統(tǒng)的研究，也為完善多體理論提供了重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。此外，該工作中發(fā)展的超冷原子量子調(diào)控技術(shù)為下一步研究其它重要的凝聚態(tài)物理現(xiàn)象奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。《自然》雜志審稿人一致認(rèn)為，“這項(xiàng)工作解決了一個(gè)長(zhǎng)期存在的重要物理問題，是量子模擬研究的里程碑進(jìn)展。”

據(jù)介紹，中國科大相關(guān)研究團(tuán)隊(duì)近年來在基于超冷原子的量子模擬方面開展了卓有成效的工作，已先后在《自然》和《科學(xué)》上發(fā)表了10篇高質(zhì)量論文。在前期技術(shù)積累的基礎(chǔ)上，超冷原子量子模擬已經(jīng)開始顯現(xiàn)出復(fù)雜物理系統(tǒng)規(guī)律的顯著效用，為在近期構(gòu)建具備解決實(shí)際問題能力的專用量子模擬機(jī)鋪平了道路。

注：

《自然》（Nature）是世界上最重要、最知名的科學(xué)期刊之一。它是全球科學(xué)研究領(lǐng)域的旗艦期刊，旨在為科研工作者、教育者、學(xué)生、政策制定者以及其他對(duì)科學(xué)和技術(shù)感興趣的人們提供一個(gè)交流思想、討論研究進(jìn)展和分享科學(xué)知識(shí)的平臺(tái)。

合肥通客戶端—合報(bào)全媒體記者 劉小容