_ Simulare cuantică cu ultrarece fermions dezvăluie pseudogap de împerechere

O echipă de cercetare a observat și caracterizat cantitativ, pentru prima dată, pseudogap-ul de împerechere cu mai multe corpuri în gazele Fermi unitare. Această realizare, urmărită de comunitatea atomică ultrarece timp de aproape două decenii, rezolvă dezbaterile de lungă durată cu privire la existența unui pseudogap de împerechere în aceste gaze. De asemenea, susține împerecherea ca o posibilă origine a pseudogap-ului în supraconductorii de temperatură înaltă, în cadrul teoriei supraconductivității perechilor preformate.

Publicat în Nature pe 7 februarie, studiul, condus de profesorii Pan Jianwei , Yao Xingcan și Chen Yu'ao de la Universitatea de Știință și Tehnologie din China (USTC) a Academiei Chineze de Științe, coincide cu viitorul An al Dragonului. Interesant este că fizica din spatele acestei realizări poate fi ilustrată în mod viu de mitul chinez emblematic „Crapul care sări peste poarta dragonului”, simbolizând marele succes în cultura chineză.

Existența unui decalaj energetic este un fenomen distinctiv. de supraconductivitate. În supraconductorii convenționali, decalajul de energie există sub temperatura de tranziție a supraconductoarei (Tc). În supraconductorii cuprați de temperatură înaltă, decalajul de energie poate fi încă observat chiar și peste Tc, un fenomen cunoscut sub numele de pseudogap.

Înțelegerea originii și naturii pseudogapului este crucială pentru înțelegerea mecanismului de temperatură înaltă. supraconductivitate, în special în ceea ce privește modul în care perechile Cooper formează și stabilesc coerența de fază pe distanță lungă.

Există două ipoteze principale pentru originea pseudogapului: rezultă din fluctuații puternice de pereche, manifestându-se ca perechi de electroni preformați deasupra Tc și servind ca un precursor al condensării perechilor coerente; și apare din diverse ordine cuantice în supraconductori de temperatură înaltă, cum ar fi ordinea antiferomagnetică, faza de bandă și unda de densitate a perechii. Cu toate acestea, complexitatea materialelor supraconductoare la temperatură înaltă lasă aceste întrebări fără răspuns.

Gazele Fermi unitare oferă o platformă ideală de simulare cuantică pentru investigarea existenței și caracteristicilor unui pseudogap de împerechere. Acest lucru poate fi atribuit controlabilității fără precedent, purității și, cel mai important, prezenței interacțiunilor atractive cunoscute pe rază scurtă. În plus, absența unei structuri de rețea în gazele Fermi în vrac elimină influența ordinelor cuantice concurente.

În acest context, experimentele anterioare au măsurat funcția spectrală a unei singure particule, mediată prin capcană, a gazelor Fermi care interacționează puternic. Cu toate acestea, aceste experimente nu au furnizat dovezi convingătoare ale unui pseudogap, în primul rând din cauza neomogenității capcanei și a problemelor grave care decurg din interacțiunile cu starea finală în spectroscopia rf utilizată în mod obișnuit.

După ani de muncă dedicată, echipa de cercetare USTC a stabilit o platformă de simulare cuantică folosind atomi de litiu și disproziu ultrareci și a realizat o preparare de ultimă generație a gazelor Fermi omogene (știință). În plus, această echipă a dezvoltat tehnici noi pentru a stabiliza câmpurile magnetice necesare.

La un câmp magnetic de aproximativ 700 G, fluctuațiile pe termen scurt realizate sunt sub 25 μG, rezultând un câmp magnetic relativ ridicat. stabilitate. Acest câmp magnetic ultra-stabil a permis echipei de cercetare să folosească impulsuri de microunde pentru a excita atomii în stări de energie înalte care nu interacționează cu stările inițiale, realizând astfel spectroscopie de fotoemisie cu impulsul rezolvat.

Cu aceste două. descoperiri tehnice cruciale, echipa de cercetare a măsurat sistematic funcția spectrală a unei singure particule a gazelor Fermi unitare la diferite temperaturi și a observat existența pseudogap-ului de împerechere, dând sprijin rolului împerecherii preformate ca precursor al superfluidității.

În plus, echipa de cercetare a determinat intervalul de împerechere, durata de viață a perechii și rata de împrăștiere a unei singure particule din funcția spectrală măsurată, care sunt cantități esențiale pentru caracterizarea comportamentului sistemelor cuantice care interacționează puternic.

Aceste descoperiri nu numai că avansează în studiul sistemelor puternic corelate, dar oferă, de asemenea, perspective și informații valoroase pentru stabilirea unei teorii adecvate a mai multor corpuri.

Tehnicile dezvoltate în această lucrare pun bazele explorărilor viitoare. și studiul altor faze cuantice importante la temperatură joasă, cum ar fi superfluiditatea cu o singură bandă, fazele în bandă și superfluiditatea Fulde–Ferrell–Larkin–Ovchinnikov.

(Fluierul)