用超冷原子模擬超導材料

　　萊斯大學的一個物理團隊用超冷原子替代電子來模擬超導材料，獲得Hubbard模型所預測的反鐵磁性。

　　這項研究是一個由實驗物理學家和理論物理學家組成的國際團隊開展的，并于近期公示在《自然》雜志的在線版塊。團隊負責人，實驗物理學家Randy Hulet說：“這項工作可能會開啟一個新的未知領域。”

　　三十年前，物理學家們發現在相對較高的溫度下，電子在某些材料，如超導體內可以完全自由移動。但是高溫超導體（也稱非傳統超導體）的超導機理尚未解決。其中一個被稱為Hubbard模型的超導理論最可能完美解釋高溫超導機理，但是，該理論僅能用數學表達，而不能用計算機進行模擬。“Hubbard模型由一系列可以解釋高溫超導機理的數學方程式組成，但是即便是用最快的計算機也不能解出結果，”Hulet說道。“這就是我們進行這項研究的原因。”

　　Hulet的實驗室專門從事冷卻原子的研究，這些原子在低溫下的行為可以用量子力學定律描述，它們在超導體中的運動規律也符合這些定律。

　　“通過用超冷原子代替電子，并用激光光束模擬真實材料的晶體結構，我們就可以建立Hubbard模型，”Hulet說道。“當我們這樣做的時候，就可以獲得Hubbard模型所預測的反鐵磁性。這是鼓舞人心的，因為我們建立了第一個可用來研究Hubbard模型的過冷原子系統。另外，反鐵磁性存在于幾乎所有非傳統超導體中。”

　　在這項研究中，Hulet和他的同事，包括博士后研究員Russell Hart和研究生Pedro Duarte開發了一項新的實驗技術，可以用來在實驗室冷卻原子到足夠低的溫度，進而可以在包含約100000個格點的光學晶格中觀察反鐵磁有序。這項新技術可以獲得比之前實驗低一半的溫度。

　　“這項技術的標準是產生超冷原子氣，然后將其導入晶格并做相應測試，”Hard說道。“我們發展了一種稱作‘補償光學晶格’的方法，用以蒸發已經存在于晶格中的超冷原子，進而控制樣品密度，這對形成反鐵磁有序是十分重要的。”

　　Hulet說這項研究的另一個創新點在于，用被稱作布拉格散射的技術觀察具有反鐵磁有序的對稱晶面。

　　他說，研究團隊需要發展一項全新的技術，來滿足對形成超導電性的關聯電子對的測量。同時，他們也需要想辦法獲得比現在溫度低十倍的低溫樣品。

　　“我們腦中有些想法等待實現，”Hulet說道。“通過優化現有技術和發展新技術，我們一定能夠獲得更低溫度的樣品，然后獲得完整的反鐵磁有序態，進而得到d波電子配對狀態，最終確定其是否存在于Hubbard模型中。”