5月23日,，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心陳啟瑾和美國(guó)芝加哥大學(xué)的王志強(qiáng),、Shuolong Yang,、K. Levin,、達(dá)特茅斯學(xué)院的Rufus Boyack等，應(yīng)邀在最新一期《現(xiàn)代物理評(píng)論》(Reviews of Modern Physics)上發(fā)表長(zhǎng)篇綜述文章,，題為“當(dāng)超導(dǎo)電性實(shí)現(xiàn)渡越：從BCS超導(dǎo)到玻色-愛因斯坦凝聚”（When superconductivity crosses over: from BCS to BEC）,。該論文系統(tǒng)地闡述了BCS-BEC渡越超導(dǎo)理論，指出含有贗能隙的強(qiáng)配對(duì)超導(dǎo)是比著名的巴丁-庫(kù)柏-喜瑞佛（Bardeen-Cooper-Schrieffer, 即BCS）超導(dǎo)理論所涵蓋的更廣泛的超導(dǎo)形式,。這里BEC代指玻色-愛因斯坦凝聚（Bose-Einstein condensation）,。近年來，科學(xué)家在天然和人工合成材料中發(fā)現(xiàn)了一系列新型非常規(guī)超導(dǎo)體,，包括有機(jī)超導(dǎo)體,、鐵基超導(dǎo)體、魔角石墨烯超導(dǎo)體,、門控半導(dǎo)體超導(dǎo),、表面和界面超導(dǎo)體等。文章對(duì)這些新的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和評(píng)述,，指出它們屬于BCS-BEC渡越型超導(dǎo),，電子配對(duì)強(qiáng)度介于BCS和BEC這兩端極限的中間過渡區(qū)，呈現(xiàn)有明顯的贗能隙現(xiàn)象,，并給出了相關(guān)實(shí)驗(yàn)判據(jù),。此外，文章討論了銅氧化物高溫超導(dǎo)體屬于BCS-BEC渡越型超導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)證據(jù),。
超導(dǎo)電性自1911年被H.K. Onnes等人發(fā)現(xiàn)以來,，對(duì)物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大影響。除凝聚態(tài)之外,，超導(dǎo)配對(duì)理論在基本粒子和核物理等其它領(lǐng)域也有重要應(yīng)用。1957年，BCS超導(dǎo)理論成功地解釋了基于電子-聲子相關(guān)作用的常規(guī)超導(dǎo)電性,，認(rèn)為在臨界轉(zhuǎn)變溫度Tc之下,，電子通過有效的吸引相互作用形成庫(kù)柏對(duì)從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)量空間的凝聚，并在電子激發(fā)譜中形成一個(gè)超導(dǎo)能隙,。然而,，1986年銅氧化物高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)，打破了這一理論描述,。對(duì)于高溫超導(dǎo)體,，在轉(zhuǎn)變溫度Tc之上就反常地出現(xiàn)了配對(duì)能隙，被稱為贗能隙,。此后,，如何理解高溫超導(dǎo)機(jī)理及其贗能隙現(xiàn)象成為了一個(gè)夸世紀(jì)的重大物理難題。在此基礎(chǔ)上,，由諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者A.J. Leggett于1980年提出的BCS-BEC渡越理論引起了人們的高度重視,，作為幾種主要的高溫超導(dǎo)備選理論之一得到了大力發(fā)展，并被推廣應(yīng)用于超冷費(fèi)米原子氣體,、核物質(zhì),、夸克膠子等離子體等研究領(lǐng)域。根據(jù)這一理論,，隨著配對(duì)相互作用的增強(qiáng),，電子可以在較高的溫度下呈現(xiàn)配對(duì)關(guān)聯(lián)甚至實(shí)現(xiàn)預(yù)配對(duì)，從而導(dǎo)致在電子激發(fā)譜中出現(xiàn)贗能隙,。當(dāng)配對(duì)相互作用足夠強(qiáng)時(shí),，可以在高溫區(qū)即實(shí)現(xiàn)電子的全部配對(duì)。這些電子對(duì)可以看作是波色子,，從而隨溫度降低實(shí)現(xiàn)玻色-愛因斯坦凝聚,。新世紀(jì)以來，這一基于BCS-BEC渡越的超導(dǎo)理論圖像在冷原子費(fèi)米氣體超流中被實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn),，之后獲得廣泛的認(rèn)可,。近年來，越來越多的新型超導(dǎo)體被制備和發(fā)現(xiàn),，因此,，如何把人們對(duì)BCS型超導(dǎo)電性的理解擴(kuò)展到這些令人激動(dòng)的新型超導(dǎo)材料上是物理學(xué)界的一個(gè)重要課題。部分材料具有明顯的BCS-BEC渡越的特征,，可以稱之為BCS-BEC渡越型超導(dǎo)體,。如今直接在大量新超導(dǎo)材料中觀測(cè)到相關(guān)實(shí)驗(yàn)證據(jù)尤其令人振奮，對(duì)于超導(dǎo)電性的研究具有重要意義,。
長(zhǎng)期以來,，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)陳啟瑾教授及其合作者們?cè)诟邷爻瑢?dǎo)領(lǐng)域的理論研究中做出了重要貢獻(xiàn),。陳啟瑾和K. Levin團(tuán)體發(fā)展了基于BCS-BEC渡越圖像的配對(duì)漲落理論 [Phys. Rev. Lett. 81, 4708 (1998)]，對(duì)高溫超導(dǎo)中的反常贗能隙現(xiàn)象給出了一種很自然的解釋,，并成功地解釋了包括高溫超導(dǎo)相圖,、超流密度隨摻雜濃度變化的準(zhǔn)普適行為等一系列超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，對(duì)于反常的抗磁性,、Nernst效應(yīng)以及霍爾系數(shù)等現(xiàn)象給出了統(tǒng)一的解釋,。2004年，隨著超冷費(fèi)米原子氣體超流研究的興起,，陳啟瑾等人首次把贗能隙概念引人費(fèi)米原子氣體領(lǐng)域,，并逐漸被該領(lǐng)域接受。幺正費(fèi)米氣體中的贗能隙現(xiàn)象也于去年首次在實(shí)驗(yàn)上無(wú)可爭(zhēng)議地被觀測(cè)到 [Nature 626, 288 (2024)],?；谶@一理論，陳啟瑾和合作者成功地解釋了冷原子費(fèi)米氣體的超流相圖,、熱力學(xué)相變 [Science 307, 1296 (2005)],、密度分布、射頻譜,、末太效應(yīng),、粒子數(shù)失配效應(yīng)、FFLO奇異超流態(tài)的穩(wěn)定性缺失等一系列實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,，在偶極原子氣體,、費(fèi)米-費(fèi)米混合氣體中的配對(duì)和超流理論以及低維BKT相變理論等方面取得了一系列重要成果，發(fā)現(xiàn)和預(yù)言了一系列新奇的量子現(xiàn)象,。此外,，應(yīng)邀在Physics Reports上著有費(fèi)米冷原子氣體領(lǐng)域第一篇綜述文章。本論文第二作者王志強(qiáng)為中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)新引進(jìn)的青年科學(xué)家,，長(zhǎng)期從事高溫超導(dǎo)理論研究,，在p波及高角動(dòng)量配對(duì)超導(dǎo)、交流反?；魻栃?yīng),、朗道能級(jí)配對(duì)、量子幾何效應(yīng)等方面取得了一系列重要成果,。
《現(xiàn)代物理評(píng)論》創(chuàng)刊于1922年,，涵蓋包括基礎(chǔ)、應(yīng)用和交叉方向的各物理學(xué)研究方向,，是國(guó)際物理學(xué)界最著名的綜述性期刊,，每年僅發(fā)表約四十篇學(xué)術(shù)論文。該期刊一般不接受自由投稿,，主要是由編輯邀請(qǐng)?jiān)诟黝I(lǐng)域卓有建樹的物理學(xué)家執(zhí)筆,，旨在對(duì)當(dāng)今物理研究的重大熱點(diǎn)問題做歷史總結(jié),、原理闡述、現(xiàn)狀分析和趨向預(yù)測(cè),。論文需經(jīng)過國(guó)際同行的匿名評(píng)審方可發(fā)表,。
論文鏈接：https://link.aps.org/doi/10.1103/RevModPhys.96.025002
（合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心、未來技術(shù)學(xué)院,、上海研究院、物理學(xué)院,、科研部）
