Kvantesimulering med ultrakolde fermioner afslører parring af pseudogap
Et forskerhold har for første gang observeret og kvantitativt karakteriseret pseudogap med mange kroppe i enhedsformige Fermi-gasser. Denne præstation, forfulgt af det ultrakolde atomsamfund i næsten to årtier, løser mangeårige debatter om eksistensen af en parring af pseudogap i disse gasser. Det understøtter også parring som en mulig oprindelse af pseudogap i højtemperatur-superledere inden for rammerne af præformed-par superledningsteori.
Udgivet i Nature den 7. februar falder undersøgelsen, ledet af professorerne Pan Jianwei, Yao Xingcan og Chen Yu'ao fra University of Science and Technology of China (USTC) fra det kinesiske videnskabsakademi, sammen med det kommende Dragens år. Interessant nok kan fysikken bag denne præstation levende illustreres af den ikoniske kinesiske myte om "Karper hopper over drageporten", som symboliserer stor succes i kinesisk kultur.
Eksistensen af et energigab er et kendetegnende fænomen for superledning. I konventionelle superledere eksisterer energigabet under den superledende overgangstemperatur (Tc ). I cuprate højtemperatursuperledere kan energigabet stadig observeres selv over Tc , et fænomen kendt som pseudogap.
At forstå oprindelsen og arten af pseudogap er afgørende for at forstå mekanismen bag højtemperatursuperledning, især med hensyn til, hvordan Cooper-par dannes og etablerer langtrækkende fasekohærens.
Der er to hovedhypoteser for pseudogapens oprindelse:Det er et resultat af kraftige parudsving, der manifesterer sig som præformede elektronpar over Tc og tjener som en forløber for kohærent parkondensation; og det opstår fra forskellige kvanteordener i højtemperatursuperledere, såsom den antiferromagnetiske orden, stribefase og pardensitetsbølge. Alligevel lader kompleksiteten af højtemperatur-superledende materialer disse spørgsmål stort set ubesvarede.
Unitære Fermi-gasser giver en ideel kvantesimuleringsplatform til at undersøge eksistensen og karakteristikaene af en parrende pseudogap. Dette kan tilskrives deres hidtil usete kontrollerbarhed, renhed og, vigtigst af alt, tilstedeværelsen af kendte kortrækkende attraktive interaktioner. Derudover eliminerer fraværet af en gitterstruktur i bulk Fermi-gasser indflydelsen fra konkurrerende kvanteordrer.
I denne sammenhæng har tidligere eksperimenter målt den fældegennemsnitlige enkeltpartikelspektrale funktion af stærkt interagerende Fermi-gasser. Disse eksperimenter har dog ikke givet overbevisende beviser for en pseudogap, primært på grund af fældens inhomogenitet og alvorlige problemer som følge af sluttilstandsinteraktioner i den almindeligt anvendte rf-spektroskopi.
Efter mange års dedikeret arbejde har USTC-forskerholdet etableret en kvantesimuleringsplatform ved hjælp af ultrakolde lithium- og dysprosium-atomer og har opnået en avanceret fremstilling af homogene Fermi-gasser (Science ). Derudover udviklede dette hold nye teknikker til at stabilisere de nødvendige magnetfelter.
Ved et magnetfelt på cirka 700 G er de opnåede kortsigtede udsving under 25 μG, hvilket resulterer i en rekordhøj relativ magnetfeltstabilitet. Dette ultrastabile magnetfelt gjorde det muligt for forskerholdet at bruge mikrobølgeimpulser til at excitere atomer til højtliggende energitilstande, der ikke interagerer med de indledende tilstande, og derved realisere momentum-opløst fotoemissionsspektroskopi.
Med disse to afgørende tekniske gennembrud målte forskerholdet systematisk enkeltpartikelspektralfunktionen af enhedsformige Fermi-gasser ved forskellige temperaturer og observerede eksistensen af den parrende pseudogap, hvilket gav støtte til rollen som præformet parring som en forløber for superfluiditet.
Ydermere bestemte forskerholdet parringsgabet, parlevetiden og enkeltpartikelspredningshastigheden ud fra den målte spektralfunktion, som er væsentlige størrelser til karakterisering af adfærden af stærkt interagerende kvantesystemer.
Disse resultater fremmer ikke kun studiet af stærkt korrelerede systemer, men giver også værdifuld indsigt og information til etablering af en ordentlig teori om mange kroppe.
De teknikker, der er udviklet i dette arbejde, danner grundlaget for fremtidig udforskning og undersøgelse af andre vigtige lavtemperaturkvantefaser, såsom enkeltbånds-superfluiditet, stribefaser og Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov-superfluiditet.
Flere oplysninger: Jian-Wei Pan, Observation og kvantificering af pseudogapen i unitære Fermi-gasser, Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-023-06964-y. www.nature.com/articles/s41586-023-06964-y
Leveret af Chinese Academy of Sciences
Varme artikler
-
Laserbaseret ultralyd registrerer defektproducerende funktioner i metal 3D-printEt team fra Lawrence Livermore National Laboratory demonstrerede, at en diagnostik, der inkorporerer akustiske overfladebølger – genereret af laserbaseret ultralyd – effektivt og nøjagtigt kunne evalu -
Quantum autoencodere til at dæmpe kvantemålingerKredit:Bondarenko &Feldmann. Mange forskningsgrupper verden over forsøger i øjeblikket at udvikle instrumenter til at indsamle højpræcisionsmålinger, såsom atomure eller gravimetre. Nogle af disse -
Bayesisk sandsynlighedsbaseret computerprogram kaster terninger på perovskit-grænsefladerFig.1:Skematisk af perovskitoxid -grænsefladen. Kredit:Osaka University Perovskitter er en type mineral og klasse af materialer, og har tiltrukket stor opmærksomhed for deres potentielle applikati -
Ny form for silicium kunne muliggøre næste generations elektroniske og energienhederKredit:Carnegie Institution for Science Et team ledet af Carnegies Thomas Shiell og Timothy Strobel udviklede en ny metode til at syntetisere en ny krystallinsk form for silicium med en hexagonal
- Supergitter af enkeltatommagneter sigter mod den ultimative grænse for datalagring med høj tæthed
- NASA og SpaceX håber på en bemandet mission til ISS i begyndelsen af 2020
- Klimaændringer forlænger, intensiverer blomstringen af steneg og andre Quercus-arter:Undersøgel…
- Muslingeskals-inspireret sukkerskjold beskytter materialer i fjendtlige miljøer
- Disse 3 uhyggelige videnskabshistorier kan krybe dig ud
- Plastpiller ødelægger den belgiske by, mens EU vægter handling