5月23日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心陳啟瑾和美國芝加哥大學(xué)的王志強、Shuolong Yang、K. Levin、達特茅斯學(xué)院的Rufus Boyack等，應(yīng)邀在最新一期《現(xiàn)代物理評論》(Reviews of Modern Physics)上發(fā)表長篇綜述文章，題為“當(dāng)超導(dǎo)電性實現(xiàn)渡越：從BCS超導(dǎo)到玻色-愛因斯坦凝聚”（When superconductivity crosses over: from BCS to BEC）。該論文系統(tǒng)地闡述了BCS-BEC渡越超導(dǎo)理論，指出含有贗能隙的強配對超導(dǎo)是比著名的巴丁-庫柏-喜瑞佛（Bardeen-Cooper-Schrieffer, 即BCS）超導(dǎo)理論所涵蓋的更廣泛的超導(dǎo)形式。這里BEC代指玻色-愛因斯坦凝聚（Bose-Einstein condensation）。近年來，科學(xué)家在天然和人工合成材料中發(fā)現(xiàn)了一系列新型非常規(guī)超導(dǎo)體，包括有機超導(dǎo)體、鐵基超導(dǎo)體、魔角石墨烯超導(dǎo)體、門控半導(dǎo)體超導(dǎo)、表面和界面超導(dǎo)體等。文章對這些新的實驗發(fā)現(xiàn)進行了系統(tǒng)的分析和評述，指出它們屬于BCS-BEC渡越型超導(dǎo)，電子配對強度介于BCS和BEC這兩端極限的中間過渡區(qū)，呈現(xiàn)有明顯的贗能隙現(xiàn)象，并給出了相關(guān)實驗判據(jù)。此外，文章討論了銅氧化物高溫超導(dǎo)體屬于BCS-BEC渡越型超導(dǎo)的實驗證據(jù)。
超導(dǎo)電性自1911年被H.K. Onnes等人發(fā)現(xiàn)以來，對物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大影響。除凝聚態(tài)之外，超導(dǎo)配對理論在基本粒子和核物理等其它領(lǐng)域也有重要應(yīng)用。1957年，BCS超導(dǎo)理論成功地解釋了基于電子-聲子相關(guān)作用的常規(guī)超導(dǎo)電性，認為在臨界轉(zhuǎn)變溫度Tc之下，電子通過有效的吸引相互作用形成庫柏對從而實現(xiàn)動量空間的凝聚，并在電子激發(fā)譜中形成一個超導(dǎo)能隙。然而，1986年銅氧化物高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)，打破了這一理論描述。對于高溫超導(dǎo)體，在轉(zhuǎn)變溫度Tc之上就反常地出現(xiàn)了配對能隙，被稱為贗能隙。此后，如何理解高溫超導(dǎo)機理及其贗能隙現(xiàn)象成為了一個夸世紀(jì)的重大物理難題。在此基礎(chǔ)上，由諾貝爾物理學(xué)獎獲得者A.J. Leggett于1980年提出的BCS-BEC渡越理論引起了人們的高度重視，作為幾種主要的高溫超導(dǎo)備選理論之一得到了大力發(fā)展，并被推廣應(yīng)用于超冷費米原子氣體、核物質(zhì)、夸克膠子等離子體等研究領(lǐng)域。根據(jù)這一理論，隨著配對相互作用的增強，電子可以在較高的溫度下呈現(xiàn)配對關(guān)聯(lián)甚至實現(xiàn)預(yù)配對，從而導(dǎo)致在電子激發(fā)譜中出現(xiàn)贗能隙。當(dāng)配對相互作用足夠強時，可以在高溫區(qū)即實現(xiàn)電子的全部配對。這些電子對可以看作是波色子，從而隨溫度降低實現(xiàn)玻色-愛因斯坦凝聚。新世紀(jì)以來，這一基于BCS-BEC渡越的超導(dǎo)理論圖像在冷原子費米氣體超流中被實驗實現(xiàn)，之后獲得廣泛的認可。近年來，越來越多的新型超導(dǎo)體被制備和發(fā)現(xiàn)，因此，如何把人們對BCS型超導(dǎo)電性的理解擴展到這些令人激動的新型超導(dǎo)材料上是物理學(xué)界的一個重要課題。部分材料具有明顯的BCS-BEC渡越的特征，可以稱之為BCS-BEC渡越型超導(dǎo)體。如今直接在大量新超導(dǎo)材料中觀測到相關(guān)實驗證據(jù)尤其令人振奮，對于超導(dǎo)電性的研究具有重要意義。
長期以來，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)陳啟瑾教授及其合作者們在高溫超導(dǎo)領(lǐng)域的理論研究中做出了重要貢獻。陳啟瑾和K. Levin團體發(fā)展了基于BCS-BEC渡越圖像的配對漲落理論 [Phys. Rev. Lett. 81, 4708 (1998)]，對高溫超導(dǎo)中的反常贗能隙現(xiàn)象給出了一種很自然的解釋，并成功地解釋了包括高溫超導(dǎo)相圖、超流密度隨摻雜濃度變化的準(zhǔn)普適行為等一系列超導(dǎo)實驗現(xiàn)象，對于反常的抗磁性、Nernst效應(yīng)以及霍爾系數(shù)等現(xiàn)象給出了統(tǒng)一的解釋。2004年，隨著超冷費米原子氣體超流研究的興起，陳啟瑾等人首次把贗能隙概念引人費米原子氣體領(lǐng)域，并逐漸被該領(lǐng)域接受。幺正費米氣體中的贗能隙現(xiàn)象也于去年首次在實驗上無可爭議地被觀測到 [Nature 626, 288 (2024)]?；谶@一理論，陳啟瑾和合作者成功地解釋了冷原子費米氣體的超流相圖、熱力學(xué)相變 [Science 307, 1296 (2005)]、密度分布、射頻譜、末太效應(yīng)、粒子數(shù)失配效應(yīng)、FFLO奇異超流態(tài)的穩(wěn)定性缺失等一系列實驗現(xiàn)象，在偶極原子氣體、費米-費米混合氣體中的配對和超流理論以及低維BKT相變理論等方面取得了一系列重要成果，發(fā)現(xiàn)和預(yù)言了一系列新奇的量子現(xiàn)象。此外，應(yīng)邀在Physics Reports上著有費米冷原子氣體領(lǐng)域第一篇綜述文章。本論文第二作者王志強為中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)新引進的青年科學(xué)家，長期從事高溫超導(dǎo)理論研究，在p波及高角動量配對超導(dǎo)、交流反?；魻栃?yīng)、朗道能級配對、量子幾何效應(yīng)等方面取得了一系列重要成果。
《現(xiàn)代物理評論》創(chuàng)刊于1922年，涵蓋包括基礎(chǔ)、應(yīng)用和交叉方向的各物理學(xué)研究方向，是國際物理學(xué)界最著名的綜述性期刊，每年僅發(fā)表約四十篇學(xué)術(shù)論文。該期刊一般不接受自由投稿，主要是由編輯邀請在各領(lǐng)域卓有建樹的物理學(xué)家執(zhí)筆，旨在對當(dāng)今物理研究的重大熱點問題做歷史總結(jié)、原理闡述、現(xiàn)狀分析和趨向預(yù)測。論文需經(jīng)過國際同行的匿名評審方可發(fā)表。
論文鏈接：https://link.aps.org/doi/10.1103/RevModPhys.96.025002
（合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心、未來技術(shù)學(xué)院、上海研究院、物理學(xué)院、科研部）
