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我国科学家首次发现并证实玻色子奇异金属

将推动凝聚态物理学迈进一大步

2022-01-14 光明日报 周洪双
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  日前,以电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室李言荣院士团队为主导的团队,首次在高温超导体中发现并证实了玻色子奇异金属,相关论文《玻色子体系中的奇异金属态》(Signatures of a strange metal in a bosonic system)于1月12日发表在国际期刊《自然》上。博士生杨超与北京师范大学刘海文研究员为共同第一作者,熊杰教授和美国布朗大学教授James M. Valles Jr为共同通讯作者。这是该团队继2019年在国际期刊《科学》上首次报道实验发现量子金属态后,在量子科技领域取得的又一重大发现。

  在宇宙中,基本粒子分为费米子与玻色子两种。其中,人类社会目前赖以生存的电子工业与器件发展几乎完全基于费米子体系,但由于能耗高、损耗大,物理尺寸已近极限,面临性能持续提升的瓶颈问题,无法满足快速增长的信息传输需求。而以高温超导体为代表的玻色子器件,具有完美的零损耗能量传递特性,有望带来电子信息工业的革命性变化。

  奇异金属,顾名思义,与普通金属不同,其电阻率与温度成正比,存在于铜基高温超导体中,是一种电子之间高度量子纠缠的新物质状态,其混乱程度趋向于量子力学极限。早在30年前,科学家们就发现了费米子奇异金属,但是否存在玻色子奇异金属,是长期以来难以攻克的科学难题。李言荣研究团队与美国布朗大学教授James M. Valles Jr,中国科学院院士、北京大学物理学院/量子材料科学中心教授谢心澄、王健,北京师范大学研究员刘海文和四川大学的专家等协同攻关,成功突破了费米子体系的限制,首次在玻色子体系中诱导出奇异金属态。

  国际著名理论物理学家、美国科学院院士Chandra M. Varma发表专题评论文章,高度评价玻色子奇异金属的发现是凝聚态物理领域的重大突破。《自然》审稿人评价此工作是引领量子理论发展的变革性成果。同时,《自然》配发专题亮点评述文章,评价这项工作突破了现有对奇异金属态与无序超导体的认知框架,将推动凝聚态物理学领域向前迈出一大步。这一发现为理解凝聚态物理中奇异金属的物理规律、揭示奇异金属的普适性、完善量子相变理论奠定了重要的科学基础,对揭示耗散效应对玻色子量子相干的定量影响,推动未来低能耗超导量子计算以及极高灵敏量子探测技术的发展具有重要的理论和实际意义。

打印 责任编辑:侯茜
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