科技日報北京1月19日電（記者張佳欣）德國馬克斯·普朗克量子光學研究所物理學家首次通過實驗，揭示了贗能隙態中潛藏的磁性有序結構，為理解高溫超導起源提供關鍵線索。這一成果是量子材料領域的重要進展，相關論文發表於19日的《美國國家科學院院刊》。

  超導性研究有望給遠距離輸電和量子計算等領域帶來變革，然而人們對超導性的理解仍不完整。在許多高溫超導體中，超導並非直接由常規金屬態産生，而是先進入一種奇特的中間態——贗能隙態。此時電子行為異常，可流動的能態減少。理解贗能隙被認為是揭示超導機理、設計更優材料的關鍵。

  在母體材料中，電子通常形成反鐵磁有序，即相鄰自旋方向相反。通過摻雜增加或減少電子後，這種有序會被削弱。長期以來，研究人員認為摻雜會徹底破壞長程磁性，而贗能隙正是在這種近乎無序狀態下出現的。

  此次研究對這一認識提出新證據。研究團隊借助超冷原子量子模擬器，在接近絕對零度的條件下，用鋰原子構建費米—哈伯德模型，並將原子排列在激光形成的光學晶格中，在高度可控環境下模擬電子間的相互作用。

  借助量子氣體顯微鏡，團隊逐個成像原子及自旋狀態，在不同溫度和摻雜條件下採集超過3.5萬張高分辨率圖像。分析顯示，儘管長程反鐵磁序在摻雜後消失，但在極低溫條件下仍存在穩定的短程磁性關聯。

  進一步分析發現，當以特定溫度標度比較時，不同摻雜和溫度下的磁性關聯可歸併到統一曲線，而這一溫標與贗能隙出現的特徵溫度高度一致，表明贗能隙與被削弱但仍存在的磁性結構密切相關。

  研究還發現，在贗能隙態中，電子間並非僅成對關聯，而是形成複雜多粒子結構。實驗測量了5個粒子同時參與的關聯效應，顯示即便單個摻雜粒子，也可能在較大空間範圍擾動周圍磁性排列。

  超冷原子量子模擬為探索複雜量子材料提供可控平台。未來，隨着實驗溫度進一步降低和觀測手段提升，科學家有望在類似體系中發現新量子有序形態，並推動對高溫超導本質的深入理解。