研究小组首次观察并定量表征了酉费米气体中的多体配对赝能隙。这一成就是超冷原子界近二十年追求的成果，解决了有关这些气体中是否存在配对赝能隙的长期争论。在预成对超导理论的框架内，它还支持配对作为高温超导体中赝能隙的可能起源。

这项由中国科学院中国科学技术大学潘建伟教授、姚兴灿教授和陈玉敖教授领导的研究于2月7日发表在《自然》杂志上，恰逢即将到来的农历新年。龙。有趣的是，这一成就背后的物理原理可以通过象征着中国文化巨大成功的中国标志性神话“鲤鱼跃龙门”来生动地说明。

能隙的存在是超导的标志现象。在传统超导体中，能隙存在于超导转变温度(Tc)以下。在铜酸盐高温超导体中，即使在Tc以上，仍然可以观察到能隙，这种现象称为赝能隙。

了解赝能隙的起源和性质对于掌握高温超导机制至关重要，特别是关于库珀对如何形成和建立长程相位相干性。

关于赝能隙的起源有两个主要假设：它是由强烈的电子对涨落引起的，表现为在Tc以上预先形成的电子对，并作为相干电子对凝聚的前兆;它产生于高温超导体中的各种量子序，例如反铁磁序、条纹相和对密度波。然而高温超导材料的复杂性使得这些问题在很大程度上没有得到解答。

酉费米气体为研究配对赝能隙的存在和特性提供了理想的量子模拟平台。这可能归因于它们前所未有的可控性、纯度，最重要的是，存在已知的短程吸引相互作用。此外，块状费米气体中不存在晶格结构，消除了竞争量子级的影响。

在这种情况下，之前的实验测量了强相互作用费米气体的陷阱平均单粒子光谱函数。然而，这些实验并没有提供赝能隙的令人信服的证据，主要是由于陷阱的不均匀性以及常用射频光谱中终态相互作用引起的严重问题。

经过多年的潜心研究，中国科大研究团队建立了利用超冷锂和镝原子的量子模拟平台，并实现了均质费米气体的最先进制备(Science)。此外，该团队还开发了新技术来稳定所需的磁场。

在约700G的磁场下，实现的短期波动低于25μG，从而实现了创纪录的高相对磁场稳定性。这种超稳定的磁场使研究团队能够利用微波脉冲将原子激发到不与初始态相互作用的高能态，从而实现动量分辨光电子能谱。

凭借这两项关键技术突破，研究团队系统测量了酉费米气体在不同温度下的单粒子谱函数，并观测到配对赝能隙的存在，为预成对作为超流前兆的作用提供了支持。

此外，研究小组还根据测量的光谱函数确定了配对间隙、配对寿命和单粒子散射率，这些是表征强相互作用量子系统行为的重要量。

这些发现不仅推进了强相关系统的研究，而且为建立适当的多体理论提供了宝贵的见解和信息。

这项工作中开发的技术为未来探索和研究其他重要的低温量子相奠定了基础，例如单带超流性、条纹相和富尔德-费雷尔-拉金-奥夫钦尼科夫超流性。