中新社合肥2月8日電 (記者 吳蘭)中國科學家在量子模擬領域實現了新突破——首次觀測到了由多體配對產生的贗能隙。該研究朝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範例。
2月8日，相關研究成果發表在國際學術期刊《自然》(Nature)上。這一成果由中國科學技術大學潘建偉、姚星燦、陳宇翱等人基於強相互作用的均勻費米氣體而首次觀測到的。
圖中頭頂玉珠的兩條鯉魚，象徵著一對自旋相反的費米子；龍門代表了超流相變和贗能隙。鯉魚躍過龍門，表明配對發生在超流相變溫度以上。這種配對現象反過來又導致贗能隙的出現。陳磊/製圖。
能隙的產生是超導的標誌性現象。在常規超導體中，能隙存在於超導相變溫度以下。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以為解答高溫超導的機理問題提供關鍵線索。
強相互作用(么正)極限下的超冷費米氣體以其純淨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。經過多年的攻關，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製備。研究團隊還發展了大磁場的穩定技術，在約700 G(高斯)的磁場下，其短期波動優於25μG(微高斯)，相對磁場穩定度接近10的負8次方，比以往國際上的最優結果提升了一個數量級以上。
單粒子譜示意。連線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/製圖。
在上述研究基礎上，研究團隊系統地測量了不同溫度下的么正費米氣體的單粒子譜函式，併成功觀測到了贗能隙的存在，為電子預配對假說提供了支援。
該工作中發展的超冷原子量子調控技術為下一步研究其它重要的凝聚態物理現象奠定了技術基礎。Nature雜誌的審稿人一致認為：“這項工作解決了一個長期存在的重要物理問題，是量子模擬研究的里程碑進展。”
中國科大姚星燦教授(右)、陳宇翱教授(左)在實驗室討論課題內容。(中國科大供圖)
據介紹，中國科大相關研究團隊近年來在基於超冷原子的量子模擬方面開展了卓有成效的工作，已先後在Nature和Science發表了10篇論文。在前期技術積累的基礎上，超冷原子量子模擬已經開始顯現出揭示包括高溫超導機制在內的複雜物理系統規律的顯著效用，為在近期構建具備解決實際問題能力的專用量子模擬機鋪平了道路。(完)
