帶毛黑洞和高溫超導(dǎo)中的庫(kù)珀對(duì)密度波研究獲進(jìn)展

　　高溫超導(dǎo)中電子有序態(tài)和與超導(dǎo)態(tài)的關(guān)聯(lián)是當(dāng)前熱點(diǎn)研究課題，對(duì)理解高溫超導(dǎo)機(jī)制有重要意義。中國(guó)科學(xué)院理論物理研究所研究員蔡榮根與合作者，從引力全息對(duì)偶的角度在該領(lǐng)域的研究取得了進(jìn)展，研究人員構(gòu)建了一個(gè)平移對(duì)稱性自發(fā)破缺的全息超導(dǎo)模型，給出了伴隨電荷密度波和流密度波等電荷有序態(tài)的非均勻超導(dǎo)相，在理論上為實(shí)現(xiàn)和研究庫(kù)珀對(duì)密度波(pair density wave)提供了新視角。近日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上。

　　引力波的直接探測(cè)進(jìn)一步檢驗(yàn)了愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論。但它與量子場(chǎng)論并不自洽，建立一個(gè)自洽的量子引力理論仍是理論物理學(xué)家的最大夢(mèng)想，它對(duì)理解諸如宇宙早期物理和黑洞內(nèi)部結(jié)構(gòu)等重要問(wèn)題極其重要。引力全息性質(zhì)的研究對(duì)于揭示引力的本質(zhì)屬性和構(gòu)建引力的量子理論意義重大，近年來(lái)，重要的進(jìn)展是從超弦理論發(fā)展起來(lái)的引力/規(guī)范對(duì)偶(AdS/CF對(duì)應(yīng))。該對(duì)偶在強(qiáng)耦合量子多體體系和經(jīng)典引力之間建立了對(duì)應(yīng)關(guān)系，進(jìn)而為研究強(qiáng)耦合系統(tǒng)提供了有力工具，成為引力和相關(guān)領(lǐng)域的國(guó)際前沿課題。

　　高溫超導(dǎo)作為一個(gè)強(qiáng)關(guān)聯(lián)量子多體系統(tǒng)對(duì)傳統(tǒng)的固體量子理論提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。高溫超導(dǎo)的典型特征是存在各種不同自由度的有序態(tài)與超導(dǎo)態(tài)緊密交織在一起，闡明這些電子有序態(tài)的起源及其與超導(dǎo)態(tài)的關(guān)聯(lián)對(duì)于理解高溫超導(dǎo)機(jī)制具有重要意義。其中一個(gè)研究熱點(diǎn)是庫(kù)珀對(duì)密度波，(既使在沒(méi)有外磁場(chǎng)情況下)庫(kù)珀對(duì)密度在空間上出現(xiàn)周期性調(diào)制，進(jìn)而誘導(dǎo)電荷周期性分布，形成電荷有序態(tài)。

　　蔡榮根與美國(guó)里海大學(xué)博士李理、蘭州大學(xué)教授王永強(qiáng)和荷蘭萊頓大學(xué)教授Jan Zaanen合作，從有效場(chǎng)論角度出發(fā)，構(gòu)建了庫(kù)珀對(duì)密度波的全息模型。通過(guò)解析和數(shù)值方法得到了自發(fā)破缺空間平移對(duì)稱性和U(1)規(guī)范對(duì)稱性的帶毛黑洞解，包括一維的條紋相和兩維的晶格相。這些新穎的帶毛黑洞對(duì)偶描述了無(wú)外磁場(chǎng)情況下庫(kù)珀對(duì)密度波以及其誘導(dǎo)出的電荷密度周期性調(diào)制，揭示了低溫有序態(tài)獨(dú)特的互相交織的行為可能根植于量子臨界金屬?gòu)?qiáng)烈的糾纏性質(zhì)。同時(shí)，模型預(yù)言了宇稱的自發(fā)破缺，這與最近高溫超導(dǎo)中的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)一致。該模型在理論上為實(shí)現(xiàn)和研究強(qiáng)關(guān)聯(lián)情況下的電子有序態(tài)及其與超導(dǎo)相的關(guān)系，提供了新的視角。

　　研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目的支持。

　　論文鏈接 

　　左圖和右圖分別給出了從全息模型得到的棋盤(pán)格狀的超導(dǎo)凝聚和電荷密度的空間調(diào)制，其中箭頭代表自發(fā)流密度的分布。