超导体量子临界点附近的量子涨落的新证据

在可能存在于量子材料中的所有奇特的物质状态中，随着温度，电子密度和其他因素的变化而争先恐后，一些科学家认为，在一个称为量子临界点或QCP的因素的单个相交处存在特别奇怪的并置。

能源部SLAC国家加速器实验室的资深科学家，斯坦福大学材料与能源科学研究所(SIMES)的研究人员李维生说：“量子临界点是一个非常热门的问题，对许多问题也很有趣。” “有些人认为它们甚至是黑洞，从某种意义上说它们是奇异的-量子材料中物质不同状态之间的点状交点-当您接近它们时，您会得到各种非常奇怪的电子行为。 ”

Lee和他的合作者今天在《自然物理学》上报道说，他们已经找到了强有力的证据证明存在QCP及其相关波动。他们使用一种称为共振非弹性X射线散射(RIXS)的技术来探测氧化铜材料(或铜酸盐)的电子行为，该材料在相对较高的温度下能以最佳效率导电。

这些所谓的高温超导体是一个繁华的研究领域，因为它们可能引起能量的零废物传输，节能运输系统和其他未来技术，尽管没人知道高温超导背后的潜在微观机制。然而。铜酸盐中是否存在QCP也是一个备受争议的问题。

在英国的钻石光源实验室进行的实验中，研究小组将铜酸盐冷却至90开尔文(低于183摄氏度)以下的温度，使其超导。他们将注意力集中在所谓的电荷顺序上-在材料中交替排列的条纹，其中电子及其负电荷更密集或更稀疏。

科学家用X射线激发了铜酸盐，并测量了散射到RIXS检测器中的X射线光。这样一来，他们就可以绘制出激发如何在材料的原子晶格中以细微振动或声子的形式在材料中传播的方法，这些振动很难测量且需要非常高分辨率的工具。

同时，X射线和声子可以激发带电条纹中的电子，从而引起条纹波动。由于RIXS获得的数据反映了电荷条纹的行为与声子的行为之间的耦合，因此观察声子也使研究人员也可以测量电荷阶条纹的行为。

科学家希望看到的是，当电荷序条变得越来越弱时，其激励也会消失。李说：“但是我们观察到的结果很奇怪。” “我们看到，在超导状态下电荷阶次变弱时，电荷阶次激发变强。这是一个悖论，因为它们应该并驾齐驱，这就是人们在其他电荷阶次系统中所发现的。”

他补充说：“据我所知，这是关于电荷顺序的第一个实验，表明了这种行为。有人认为，这是系统靠近量子临界点时发生的情况，其中量子涨落变得如此强烈，以至于熔化了电荷顺序就像加热冰会增加其刚性原子晶格中的热振动并将其融化成水。不同之处在于，量子融解原则上是在零温度下发生的。” Lee说，在这种情况下，用RIXS看到的出乎意料的强电荷序激发就是那些量子涨落的表现。

Lee说，研究小组现在正在更宽的温度范围和不同的掺杂水平下研究这些现象，其中添加了化合物以改变材料中自由移动的电子的密度，以了解它们是否可以精确地确定量子临界点重点可能在这种材料中。

SIMES的理论家，该报告的资深作者Thomas Devereaux指出，物质的许多阶段都可以与铜酸盐和其他量子材料交织在一起。

他说：“超导状态，磁状态，电荷序带等都纠缠在一起，可以同时出现在所有状态中。” “但是我们陷入了传统的思维方式，认为它们必须是一种或另一种方式。”

他在这里说：“我们发挥了作用，卫胜正试图对其进行详细测量，以期观察正在发生的事情。”

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