费米-哈伯德量子模拟器中的“假能隙”现象

理解掺杂莫特绝缘体是凝聚态物理的核心课题之一，与铜氧化物高温超导体及其他量子材料密切相关。哈伯德模型是描述这类体系的最基本理论模型，已成功解释部分复杂行为，但一个长期悬而未决的问题是：为何在低温、中等掺杂条件下会出现一种异常的金属态？在铜氧化物中，正是这种态在降温时进一步演化为高温超导态。本研究借助最新实现的更低温度的冷原子量子模拟器，结合热力学测量（如压缩率）和谱学测量（晶格调制谱），首次在哈伯德模型中清晰观测到普通金属向赝能隙金属的转变。研究发现，随着降温，系统压缩率在中等掺杂处出现峰值，表明其物态方程发生拐点；该峰值随相互作用强度变化，形成一条热力学异常线，将欠掺杂金属与过掺杂金属区分开来。进一步，在欠掺杂区域的晶格调制谱中，低能响应明显减弱，尤其在布里渊区反节点方向最为显著——这正是‘赝能隙’的典型特征。研究人员据此构建出赝能隙随相互作用强度和掺杂浓度变化的完整相图。本工作首次通过实验在哈伯德模型中确立并刻画了赝能隙金属态，还暗示其可能与电荷有序现象存在关联，为后续研究指明了方向。更重要的是，这项成果展示了量子模拟技术在解决强关联电子物理前沿难题中的强大能力。