Science：世界首例，室温超导带来新希望！

哈伯德费米子相互吸引的模型为费米子对提供了一个范例。它的特点是在紧密结合对的玻色-爱因斯坦凝聚和远距离库珀对的巴丁-库珀-施里弗超流动性之间的交叉，以及在超流体临界温度以上形成对的“伪间隙”区域。

基于此，麻省理工学院THOMAS HARTKE（一作兼通讯）等人在双层显微镜下利用自旋分辨和密度分辨成像技术直接观察了哈伯德晶格气体中费米子对的非局域性。完整的费米子对揭示了随着引力增加而消失的全局自旋涨落。在强相关状态下，发现费米子对的大小与粒子间的平均间距相同。该研究为强相关费米子系统的赝隙行为提供了理论依据。

模拟有吸引力的费米-哈伯德模型

作者展示了吸引费米哈伯德模型的相图，为吸引现场相互作用强度U、隧穿振幅t和温度t的函数图。通过实验实现了吸引的费米-哈伯德模型，使用了一种被困在光学晶格中的简并费米子40K原子的两种气体。哈伯德隧穿振幅t由晶格深度控制，相互作用强度u通过磁场调节。

图1  费米-哈伯德气体的原子分辨探测

探测费米子对

作者报告了超过相互作用强度U/t≈6的完全费米子对的交叉，这是通过对磁化波动的原位观察确定的。波动的减少与这些参数的理论预测非常吻合。突出显示了在不同U/t下决定自旋波动的物理机制。波动随着U/t的增加而被抑制，这表明自旋激发的能隙的发展。

图2  非局域费米子对的观察

测量电荷相关性

通过消失的磁化波动确定了非局部费米子对的存在，作者进一步探索气体的电荷(即密度)相关性。然而对于弱相互作用，电荷和自旋相关性密切相关，对于更强的吸引力，发现了CDW的空间顺序。作者测量了任何吸引相互作用的非局部自旋间相关

 的负和，揭示了总中的单个↑原子排斥所有其他位置上的自旋↓原子，这构成了对之间有效排斥的强烈直接标志。

图3  电荷密度对的波序

极化子相关性

在同时测量电荷和自旋的情况下，最后探讨了非局部对涨落与其他对的CDW阶的相互作用，揭示了吸引Hubbard模型的CDW阶中存在极化相关。极化相关发生在高度非局域对的情况下，其中分离对的进一步隧穿可能使CDW错位或翻转超流体相关的符号。

图4  非定域对与多体序的相互作用 

参考文献：

THOMAS HARTKE, et al. Direct observation of nonlocal fermion pairing in an attractive Fermi-Hubbard gas. Science, 2023, 381(6653):82-86.

DOI: 10.1126/science.ade4245

https://www.science.org/doi/10.1126/science.ade4245