超冷锂-镝原子量子模拟平台实现均匀费米气体制备

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中国科学技术大学的潘建伟、姚兴灿、陈宇等人首次观测到基于强相互作用的均匀费米气体的多体配对产生的伪能隙。该研究首次确立了成对伪能隙的存在，为高温超导机理中的电子预配对假说提供了支持，是理解高温超导机理的重要一步，是利用量子模拟解决重要物理问题的范例。

“能隙的产生是超导性的标志性现象。在传统的超导体中，能隙存在于超导相变温度以下。随着氧化铜高温超导体的发现，即使在超导相变温度以上，仍然可以观察到能隙，这种现象被称为伪能隙。姚星灿介绍道。

据了解，赝能隙的起源和性质可以为回答高温超导的机理提供关键线索。一般认为，存在两种可能的赝能隙机制：一种是超导相变温度以上的电子的电子预配对;第二种是从高温超导体中发现的各种量子有序相衍生而来的。然而，由于真实高温超导材料体系的复杂性，各种可能的机理来源相互竞争，目前尚不清楚是哪种机理在起作用。因此，能否在该系统中观察到赝能隙，将是对多体配对机制的决定性验证。

经过多年的努力，研究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相费米气体制备。“费米气体是量子统计力学中的理想模型，它指的是一组彼此不相互作用的费米子。姚兴灿说。

研究团队还开发了一种针对大磁场的稳定技术，比以往的国际最佳成绩高出一个数量级以上。在这种超稳定的磁场下，研究团队成功地实现了超冷原子动量分辨率的微波光谱。在此基础上，研究团队系统地测量了酉费米气体（一种强相互作用的量子费米气体）在不同温度下的单粒子光谱函数，并成功观测到伪能隙的存在，为电子预配对假说提供了支持。

该研究工作不仅促进了强相关多体系统的研究，而且为完善多体理论提供了重要的实验依据。此外，本工作开发的超冷原子量子调控技术，为下一步研究其他重要的凝聚态物理现象奠定了技术基础，如单波段超流体、边缘相、FFLO超流体等。

研究结果于2月8日凌晨发表在国际学术期刊《自然》上，题目为“ and of Gap in Fermi Gas”。《自然》杂志的审稿人一致认为，“这项工作解决了一个重要的长期存在的物理问题，是量子模拟研究的一个里程碑。