超冷锂原子揭示了超流体中对的形成，有助于确定最佳理论

•配对的突然开始指向描述超冷“费米气体”的最佳理论
•对未来超低能量电子系统中超导体、超流体的理解的影响

本周公布的一项FLEET/Swinburne研究解决了一个长期存在的争论，即当物质过渡到超导或超流体状态时，在微观层面上会发生什么。

人们发现，在超冷气体中，当系统冷却到超流体转变温度以下时，原子对之间的相关性会突然增加，而不是像一些理论预测的那样，在更高的温度下逐渐出现。

实验是在斯威本科技大学的超冷原子气体实验室进行的，使用冷却到100纳开尔文以下的锂原子气体(比绝对零度高出不到百万分之一度)。

费米-气体系统的配对解锁机制

这项新研究揭示了一种被称为“费米气体”的物质状态的关键功能，其中的例子包括电子在电导体中自由移动(比如在传统电流中)，或者原子核中的质子和中子。其他费米气体系统包括更奇特的状态，如超导体中的电子，或中子星内中子的“超流体”。

“关于强相互作用费米气体系统的一个悬而未决的问题是配对的作用，”FLEET CI教授Chris Vale解释说。“我们的研究表明，在超流体转变温度下，对相关性突然增加，而不是像一些理论预测的那样逐渐增加。”

这一观测结果是通过测量一个通用参数来量化的，称为“接触参数”。这个参数量化了在非常接近的地方找到两个原子的可能性，当原子形成成对时，这个参数会强烈增强。

麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)的马丁·兹维尔莱因(Martin Zwierlein)研究小组与斯威本研究小组的论文接连发表的一项相关研究，使用了完全不同的方法，得出了几乎相同的结果。斯威本和麻省理工学院的实验代表了我们对费米超流体系统中粒子间强相互作用的配对的理解的一个关键突破。

实验结果证实了正确的理论

斯威本大学的研究小组产生了一种锂-6原子的幺正费米气体，并通过测量一对交叉的激光束赋予原子的动量来探测这个系统，这些激光束以一种明确的方式扰动气体。从这些数据中，该团队提取了接触参数，当温度降低到超流体转变点以下时，该参数显示出约15%的快速增长。

计算接触参数的温度演化的理论尝试是出了名的困难，并且产生了非常不同的预测，这些预测取决于相互作用费米子的模型。Swinburne和MIT的实验支持Luttinger-Ward理论，该理论认为配对在转变温度下突然启动。

这项研究

”接近均匀费米气体在幺正性下的接触和求和规则(DOI 10.1103/physrevlet .122.203401)发表于物理评论快报这个星期。（arxiv）

以及澳大利亚研究理事会，作者感谢麻省理工学院的Zwierlein和Mukherjee，以及理论研究人员Zwerger(德国)、Drut(美国)、Goulko(以色列)、Strinati(意大利)和Werner(法国)提供他们的数据和有益的讨论。

舰队的超冷气体研究

研究人员经常使用超冷原子来研究量子系统，因为它能够完美地“调节”原子之间的相互作用。

超冷中性原子的量子气体现在正在帮助解开费米系统的基础物理学，经常发现在其他系统中不易接触到的现象。

通过增加费米子原子之间的相互作用强度，实验可以探索“幺正”极限，在这里原子行为有望揭示相互作用费米子的普遍特征，这些特征可以连接我们对超导和玻色-爱因斯坦凝聚的理解。

Chris Vale解释说:“从这些实验中得到的基本发现可以帮助指导FLEET开发能够导电而不耗散能量的2D材料。”

克里斯在斯威本科技大学领导弗利特的量子气体研究，他的实验室经常将原子气体冷却到接近绝对零度的温度。在这个温度范围内，通常只在微观水平上发现的量子行为在宏观水平上变得突出。

Chris是FLEET的100多名研究人员之一，他们都被一个巨大的挑战所激励:减少信息和通信技术(ICT)的能源使用，这已经占到全球用电量的至少8%，并且每十年就会翻一番。

FLEET (ARC未来低能电子技术卓越中心)将开发电流以最小阻力流动的系统，从而将浪费的能量耗散最小化，以及这种“无耗散”电流可以随意开关的设备。

这些设备将以超低能耗实现革命性的新电子和通信技术。

更多的信息

• 联系Chris Vale教授cvale@swin.edu.au
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• 访问FLEET.org.au
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