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發現|《自然》雜志：這個中國科學家團隊的發現讓物理學研究邁進一大步

封面新聞采訪人員 張崢 動畫制作 羅彬月 徐英蔓 盧家麗
2022年1月12日，國際著名期刊《Nature》發表了電子科大李言榮院士團隊為主完成的《玻色子體系中的奇異金屬態》研究論文，首次在高溫超導體中發現并證實了玻色子奇異金屬。該發現是量子科技領域取得的又一重大發現，有可能成為推動下一代低功耗計算器件以及極高靈敏度的量子探測器件的關鍵。
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nature網站截圖
《Nature》配發的專題亮點評述文章認為，這項工作突破了現有對奇異金屬態與無序超導體的認知框架，將推動凝聚態物理學領域向前邁出一大步。
什么是玻色子奇異金屬？玻色子奇異金屬態現象的發現，在未來將有哪些應用場景？日前，封面新聞采訪人員專訪了李言榮院士團隊。

科普
玻色子奇異金屬
1911年，當物理學家昂內斯（Kamerlingh Onnes）用液氦將金屬汞的溫度降低到4K（?269.15°C）以下時，神奇的事情發生了：電阻完全消失了！電流可以在超導體中無損耗的輸運，他發現的正是所謂的超導現象。1986年，Georg Bednorz和K.Alex Müller發現，在溫度降低到35K（?238.2°C）時，陶瓷性金屬氧化物LaBaCuO會轉變為超導態。他們的發現開啟了銅基高溫超導體的時代，并且在銅基高溫超導體中發現了奇異金屬。
奇異金屬，顧名思義，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體中，超越了費米液體理論的框架，是一種電子之間高度量子糾纏的新物質狀態。“可以想象奇異金屬為高度糾纏的量子粘滯流體，由于電子處于最大糾纏的狀態，還沒有來得及表現準粒子的特性就‘淹沒’在了體系中?！崩钛詷s院士說。
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左圖是可以用朗道費米液體理論描述的普通金屬。右圖是費米子的奇異金屬，由于電子之間高度糾纏，難以用準粒子的圖像描述。（圖片來源哈佛大學教授Subir Sachdev的講座）
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納米蜂窩結構調制的高溫超導薄膜中的玻色子奇異金屬物理圖像的示意圖。藍色氣泡代表了庫珀對，箭頭代表了庫珀對的相位，海浪代表著超導漲落。
什么是玻色子奇異金屬？宇宙中的基本粒子可分為費米子與玻色子兩種。早在三十年前，科學家們就發現了費米子奇異金屬，但是否存在玻色子奇異金屬是長期以來難以攻克的科學難題?！笆艿讲牧辖Y構的限制，以往的奇異金屬態的所有研究僅僅局限于費米子體系?！崩钛詷s院士團隊成員之一、電子科大熊杰教授解釋說：“之前的奇異金屬的研究大多在薄膜或塊體材料中，并且通常需要很強的磁場來抑制掉超導態，受此限制奇異金屬僅局限于費米子體系。出人意料地，我們在納米蜂窩結構調制的高溫超導薄膜中，觀測到了玻色子體系中的奇異金屬，這使得我們有機會進一步地去研究奇異金屬的物理本質。”
突破
凝聚態物理學一大步
在團隊此項發現前，物理學界還沒有玻色子奇異金屬相關實驗的報道。李言榮院士、熊杰教授研究小組，與美國布朗大學James M.VallesJr教授，北京大學謝心澄院士、王健教授，北京師范大學劉海文研究員，四川大學等合作者們協同攻關，成功突破了費米子體系的限制，首次在玻色子體系中誘導出奇異金屬態。

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