電子科大在高溫超導(dǎo)中發(fā)現(xiàn)玻色子奇異金屬態(tài)
1月12日，國際著名期刊《Nature》發(fā)表了電子科大題為《玻色子體系中的奇異金屬態(tài)》（Signatures of a strange metal in a bosonic system）的研究論文，首次在高溫超導(dǎo)體中發(fā)現(xiàn)并證實(shí)了玻色子奇異金屬。該工作是我校電子薄膜與集成器件國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李言榮院士團(tuán)隊(duì)為主完成的，博士生楊超為第一作者，熊杰教授為第一通訊作者。這是該團(tuán)隊(duì)繼2019年在《Science》上首次報(bào)道實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)量子金屬態(tài)后，在量子科技領(lǐng)域取得的又一重大發(fā)現(xiàn)。 -F *j`
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國際著名理論物理學(xué)家、美國科學(xué)院院士Chandra M. Varma發(fā)表專題評(píng)論文章，高度評(píng)價(jià)玻色子奇異金屬的發(fā)現(xiàn)是凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的重大突破。Nature審稿人評(píng)價(jià)此工作是引領(lǐng)量子理論發(fā)展的transformative變革性成果。同時(shí)，Nature配發(fā)專題亮點(diǎn)評(píng)述文章，評(píng)價(jià)這項(xiàng)工作突破了現(xiàn)有對(duì)奇異金屬態(tài)與無序超導(dǎo)體的認(rèn)知框架，將推動(dòng)凝聚態(tài)物理學(xué)領(lǐng)域向前邁出一大步。這一發(fā)現(xiàn)為理解凝聚態(tài)物理中奇異金屬的物理規(guī)律、揭示奇異金屬的普適性、完善量子相變理論奠定了重要的科學(xué)基礎(chǔ)，對(duì)揭示耗散效應(yīng)對(duì)玻色子量子相干的定量影響，推動(dòng)未來低能耗超導(dǎo)量子計(jì)算以及極高靈敏量子探測(cè)技術(shù)的發(fā)展具有重要的理論和實(shí)際意義。 %o?fE4o'
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YBCO納米網(wǎng)孔薄膜中量子金屬-絕緣體量子相變點(diǎn)附近的奇異金屬態(tài)（a）輸運(yùn)特性曲線，（b）線性磁電阻曲線，（c）霍爾電阻Rxy隨溫度的變化曲線，（d）玻色子奇異金屬相圖 #0mn_#-P)
宇宙中的基本粒子分為費(fèi)米子與玻色子兩種。其中，人類社會(huì)目前賴以生存的電子工業(yè)與器件發(fā)展幾乎完全基于費(fèi)米子體系，但由于能耗高、損耗大，物理尺寸已近極限，面臨性能持續(xù)提升的瓶頸問題，無法滿足快速增長(zhǎng)的信息傳輸需求。而以高溫超導(dǎo)體為代表的玻色子器件，具有完美的零損耗能量傳遞特性，有望帶來電子信息工業(yè)的革命性變化。奇異金屬，顧名思義，與普通金屬不同，其電阻率與溫度成正比，存在于銅基高溫超導(dǎo)體中，是一種電子之間高度量子糾纏的新物質(zhì)狀態(tài)，其混亂程度趨向于量子力學(xué)極限。早在三十年前，科學(xué)家們就發(fā)現(xiàn)了費(fèi)米子奇異金屬，但是否存在玻色子奇異金屬是長(zhǎng)期以來難以攻克的科學(xué)難題。 _gc2h@x1O
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電子科大李言榮院士、熊杰教授研究小組，與美國布朗大學(xué)James M. Valles Jr 教授，北京大學(xué)謝心澄院士、王健教授，北京師范大學(xué)劉海文研究員，四川大學(xué)等合作者們協(xié)同攻關(guān)，成功突破了費(fèi)米子體系的限制，首次在玻色子體系中誘導(dǎo)出奇異金屬態(tài)。研究團(tuán)隊(duì)通過在高溫超導(dǎo)釔鋇銅氧（YBCO）薄膜中精準(zhǔn)構(gòu)筑納米網(wǎng)孔陣列，實(shí)現(xiàn)了對(duì)玻色子相干性、耗散能等物性的跨尺度調(diào)控，在量子相變臨界區(qū)發(fā)現(xiàn)了電阻隨溫度與磁場(chǎng)線性變化的奇異金屬態(tài)。同時(shí)，低于超導(dǎo)臨界溫度時(shí)，體系霍爾電阻急劇減少為零，并且存在與庫珀電子對(duì)相關(guān)的h/2e超導(dǎo)量子磁電阻振蕩，證明體系的載流子是玻色子。進(jìn)一步通過標(biāo)度分析，發(fā)現(xiàn)玻色子奇異金屬的電阻由溫度與磁場(chǎng)簡(jiǎn)單的線性相加決定，證明了電阻在量子臨界區(qū)與體系內(nèi)在的能量尺度無關(guān)，滿足標(biāo)度不變的關(guān)系，揭示了玻色子在量子臨界區(qū)存在奇異的動(dòng)力學(xué)行為；建立了玻色子奇異金屬的完備相圖，闡釋了玻色系統(tǒng)耗散量子相變的物理圖像。 {L8SD U{P
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論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-04239-y
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