| 2022年中國(guó)十大科技進(jìn)展新聞 |
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| 科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)并證實(shí)玻色子奇異金屬 |
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電子科技大學(xué)電子薄膜與集成器件國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任李言榮院士團(tuán)隊(duì)與美國(guó)布朗大學(xué)教授James M. Valles Jr、北京大學(xué)物理學(xué)院/量子材料科學(xué)中心謝心澄院士等協(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)。相關(guān)研究2022年1月12日發(fā)表于《自然》。
宇宙中，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，但該體系能耗高、損耗大，物理尺寸已近極限，面臨性能持續(xù)提升的瓶頸，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30年前，科學(xué)家就發(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。
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。
該研究為理解凝聚態(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。■
《科學(xué)新聞》 (科學(xué)新聞2023年2月刊 封面)