超导体中量子临界点附近的量子涨落新证据学术资讯

正如黑洞是空间中的奇点，量子临界点是量子材料不同状态间的点状交叉点。在这里，有可能出现各种奇异的电子行为。

量子临界点（QCP）是量子材料不同状态间的点状交叉点。研究人员通过给材料施加强磁场、高压，或者掺杂某些原子，可以将材料调整至QCP，由此实现超导。然而，科学家们对超导材料QCP的理解仍然相当有限。

美国能源部SLAC国家加速器实验室科学家、斯坦福材料与能源科学研究所（SIMES）研究员Wei-Sheng Lee说：“QCP是一个非常热门的话题。有人认为，从某种意义上讲，它与黑洞非常相似。在QCP附近，科学家可以发现各种奇怪的电子行为。”

8月31日，Lee等在《自然•物理学》杂志中报告说，他们使用共振非弹性X射线散射技术（RIXS）探测了高温超导材料铜酸盐的电子行为，发现了QCP及其相关涨落的确存在的有力证据。

近年来，高温超导体研究如火如荼。目前，还没有人了解高温超导背后的微观机理。铜酸盐中是否存在QCP也充满争议。

在英国钻石光源（DLS）的实验中，研究人员将铜酸盐冷却到零下183摄氏度左右，使其转变为超导材料，然后重点关注了电荷序。接着，研究人员用X射线激发铜酸盐，并测量了散射到RIXS探测器中的X射线，以分析激发态以声子形式在材料原子晶格中的传播情况。同时，X射线和声子还激发了电子的电荷序条纹，引发条纹涨落。RIXS提供的数据反映了电荷条纹行为与声子行为之间的耦合，因此通过观测声子，研究人员也能测定电荷序条纹的行为。

科学家们的预期是，当电荷序条纹变弱时，激发态也会减弱。Lee说：“观测结果非常奇怪。当超导态的电荷序变弱时，激发态反而增强了。据我所知，这是首个显示这种‘悖论式’结果的电荷序实验。有观点认为，这是系统接近QCP时的表现。在QCP时，量子涨落变得非常强烈，甚至‘融化’了电荷序——就像加热冰块，增强了刚性原子晶格的热振动，使其融化成水。两者的区别在于，量子融化一般发生在零点温度。我们在RIXS中观察到的意外强电荷序激发就是量子涨落的证据。”

Lee表示，团队正在更广泛的温度范围，以及不同掺杂条件下，研究这种奇特的现象，以确定能否更准确地找到铜酸盐材料的QCP。

SIMES理论科学家、论文作者Thomas Devereaux指出，许多相态可以在铜酸盐和其他量子材料中产生纠缠。他说：“超导态和磁状态、电荷序条纹强烈纠缠在一起，以至于你可以同时观察到多种状态。然而，受困于传统思维方式，很多人还认为它们是非此即彼的。我们正在尝试挖掘出更多细节。”

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编译：雷鑫宇

审稿：西莫

责编：程建兰

期刊来源：《自然•物理学》

期刊编号：1745-2473

原文链接：

https://phys.org/news/2020-08-evidence-quantum-fluctuations-critical-superconductor.html