中国科大潘建伟院士团队等与海外团队合作《Science》发文报道首次观测到费米

时间:2022-02-11来源:佚名
中国科学技术大学潘建伟、姚星灿、陈宇翱等与澳大利亚科学家胡辉合作,首次在处于强相互作用(幺正)极限下的费米超流体中观测到了熵波衰减的临界发散行为,揭示了该体系存在着一个可观的相变临界区,并获得了热导率与粘滞系数等重要的输运系数。该项工作为理解强相互作用费米体系的量子输运现象提供了重要的实验信息,是利用量子模拟解决重要物理问题的一个范例。2月4日,该成果以长文(research article)的形式发表在国际权威学术期刊Science上。
80多年前,朗道建立了两流体理论,成功解释了氦-4液体(强相互作用玻色体系)的超流现象,并预言了熵或温度会以波的形式在超流中传播。熵波的性质与传统声波类似,它在传播过程中会逐渐衰减,因此朗道又将其命名为第二声(second sound)。第二声的传播和衰减与超流序参量直接耦合,是一种只存在于超流体中的独特量子输运现象。在费米超流中研究第二声的衰减行为,不仅能回答“两流体理论能否描述强相互作用费米超流的低能物理”这一长期存在的问题,还能表征强相互作用费米体系在超流相变处的临界输运现象。
由强相互作用(幺正)极限下的超冷费米原子形成的超流体具有极佳的纯净度与可控性,为研究第二声的衰减带来了全新的机遇,这也是超冷原子量子模拟领域的一个重要目标。想要观测第二声的衰减,不仅需要制备高品质的密度均匀费米超流,还需要发展探测微弱温度波动的方法。尽管费米超流已被实现近20年,上述两项关键技术却一直未得到突破,因此无法对第二声的衰减进行研究。
在该项工作中,中国科大研究团队经过4年多的艰苦攻关,搭建了一个全新的超冷锂-镝原子量子模拟平台,融合发展了灰色黏团与算法冷却、盒型光势阱等先进的超冷原子调控技术,最终成功地实现了世界领先的均匀费米气体的制备;与此同时,研究团队还基于低噪声行波光晶格与高分辨原位成像技术,实验实现并理论诠释了低动量传递(约百分之五的费米动量)与高能量分辨率(优于千分之一的费米能)的布拉格谱学方法,并利用其实现了对体系密度响应的高分辨测量。在取得上述两项关键技术突破的基础上,研究团队成功地在幺正费米超流体的密度响应中观测到了第二声的信号(如图1(D)所示),并获得了完整的幺正费米超流体的密度响应谱,实验结果与基于耗散两流体理论的描述高度吻合。
进一步地,研究团队获得了第二声的衰减率(声扩散系数),并以此准确测定了体系的热导率与粘滞系数。研究结果表明,幺正费米超流体的输运系数均达到了普适的量子力学极限值,例如第二声扩散系数约为?/m,热导率约为n?kB/m。这些极限值仅由约化普朗克(?)和玻尔兹曼常数(kB),粒子质量m和密度n决定。此外,他们还在超流相变附近观测到了上述输运量的临界发散行为,并发现幺正费米超流体具有一个可观的临界区(比液氦超流体临界区大约100倍)。这一发现为利用该体系开展进一步的量子模拟研究,从而理解强关联费米体系中的反常输运现象奠定了基础。
中国科大潘建伟院士团队等与海外团队合作《Science》发文报道首次观测到费米超流中的熵波临界发散
图1.(A)装置示意图。(B)探测方案示意图。(C)第一声信号。(D)第二声信号。
Science杂志的审稿人对该工作给予了高度评价,称该项工作“展示了令人惊叹的,实验的杰作”(This paper presents spectacular, “tour de force,” experiments,...),“这是一篇极为出色的论文”(This is an extremely impressive paper...),“该工作有望成为量子模拟领域的一项里程碑”(...this paper could be a milestone in quantum simulation...)。
该研究工作得到了科技部、国家自然科学基金委、中科院、安徽省和上海市等的支持。
原文链接:
Li et al., Second sound attenuation near quantum criticality. Science375, 528–533 (2022).
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abi4480
(合肥微尺度物质科学国家研究中心、中科院量子信息和量子科技创新研究院、科研部)

    相关阅读

    教育照明点亮未来 ——河南省照明学会2022年全国科普日活动成功举行

    随着青少年学生视力不良低龄化及普遍化趋势的加深,社会各界及政府部门近年来对教室照明的关注度逐渐提升,并不断完善教室照明标准。国家相关部门更是多次做出重要指示,要求...
    2022-09-16
    教育照明点亮未来 ——河南省照明学会2022年全国科普日活动成功举行

    直击29届光亚展 智谋纪AI照明懂你之光引燃全场

    2024年6月9日,第29届广州国际照明展览会(GILE)在广州中国进出口商品交易会展馆盛大开幕。作为照明行业的旗舰展会,本届光亚展展览面积高达260,000平方米,覆盖26个展馆,汇聚来自全...
    2024-06-20
    直击29届光亚展 智谋纪AI照明懂你之光引燃全场

    瀚天天成电子科技(厦门)有限公司招聘

    瀚天天成电子科技(厦门)有限公司招聘需求 公司介绍 致力于第三代半导体碳化硅外延晶片的研发、生产与销售。 公司实力 ·全球知名纯碳化硅外延晶片生产企业 ·产品指标全球领先 ·...
    2022-10-12
    瀚天天成电子科技(厦门)有限公司招聘

    江西上饶植物工厂定制LED生长灯成功缩短中草药生长周期

    据新华网报道,在江西省上饶市的云谷田园中草药植物工厂,一株株叶脉金黄、株型小巧的金线莲告别了野外生长环境,在玻璃瓶中茁壮生长。 据介绍,该植物工厂由江西省上饶云谷田...
    2021-09-08

    陕西省工程建设标准《消防应急照明和疏散指示系统设计、施工和验收标准》发

    近日,陕西省工程建设标准——《消防应急照明和疏散指示系统设计、施工和验收标准》(以下简称《标准》)经省住建厅、省市场监督管理局批准发布,自2022年7月31日起实施。 《标准》...
    2022-08-18
    陕西省工程建设标准《消防应急照明和疏散指示系统设计、施工和验收标准》发

    市场监管总局抽检:1批次读写台灯不合格

    (jìn)日,市场监管总局对2023年玩具等36种产品质量国家监督抽查情况公开通报。其中,涉及读写台灯产品。 通报显示,本次监督抽查共在广东、北京、浙江、江苏、湖北等14个省份46家...
    2023-12-06
    市场监管总局抽检:1批次读写台灯不合格

    内蒙古鄂尔多斯龚吉仁村路灯亮化工程顺利完工

    “亮了!亮了!咱村里也有路灯了!早出晚归也不怕黑了!”(jìn)日,内蒙古自治区鄂尔多斯市造林总场驻龚吉仁村工作队圆满完成龚吉仁村“亮化工程”任务后,村民王挨万看见亮堂堂的路...
    2023-12-05
    内蒙古鄂尔多斯龚吉仁村路灯亮化工程顺利完工

    西安大明宫丹凤门夜景亮化提升后璀璨亮相

    西安丹凤门广场地下交通枢纽与西安火车站新建北站房同步开放已经有一个多月了,历史遗迹与现代风貌相映生辉。大明宫丹凤门这座“盛唐第一门”以大气磅礴的城市门户形象,迎接...
    2021-07-16
    西安大明宫丹凤门夜景亮化提升后璀璨亮相

    网站栏目