高溫超導(dǎo)體理論模型研究大突破！國(guó)立中山大學(xué)物理系助理教授鍾佳民與美、德等學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)合組跨國(guó)研究團(tuán)隊(duì)，以數(shù)值方法模擬計(jì)算高溫超導(dǎo)體理論模型，精準(zhǔn)模擬預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，成功使過(guò)去30年來(lái)，全球科學(xué)家無(wú)解的高溫超導(dǎo)體理論模型得到確定答案，獲登世界權(quán)威期刊「科學(xué)」（Science）。
中山大學(xué)物理系助理教授鍾佳民強(qiáng)調(diào)，超導(dǎo)體是電阻為零的導(dǎo)體，在極低溫下才會(huì)產(chǎn)生此種特性，而高溫超導(dǎo)體則是在相較傳統(tǒng)超導(dǎo)體溫度較高、約攝氏零下200度左右時(shí)可存在。高溫超導(dǎo)自1986年被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，能否實(shí)現(xiàn)室溫下的超導(dǎo)一直是物理學(xué)家追求的目標(biāo)。數(shù)十年來(lái)，科學(xué)家以各種方式計(jì)算高溫超導(dǎo)低能量態(tài)理論機(jī)制，卻因系統(tǒng)關(guān)聯(lián)性與量子擾動(dòng)強(qiáng)烈、低溫時(shí)低能量態(tài)互相競(jìng)爭(zhēng)等偏差而仍無(wú)法參透。
由於數(shù)值方法的發(fā)展，為高溫超導(dǎo)的理論研究提供了重要的動(dòng)力。研究團(tuán)隊(duì)採(cǎi)用強(qiáng)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的數(shù)值方法，計(jì)算高溫超導(dǎo)模型的低溫態(tài)，突破以往限制，提出確切答案，並解釋其理論機(jī)制，使得在凝態(tài)物理界廣泛研究的重要難題上前進(jìn)了關(guān)鍵的一大步。鍾佳民指出，強(qiáng)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的數(shù)值方法除凝態(tài)系統(tǒng)外，還可應(yīng)用在高能物理、量子化學(xué)系統(tǒng)或生物系統(tǒng)上，為研究領(lǐng)域開闢創(chuàng)新途徑，對(duì)於理論物理的推進(jìn)發(fā)展意義非凡。
鍾佳民進(jìn)一步解釋，此模型建構(gòu)研究的重要性在於，科學(xué)家終於有能力精確了解超導(dǎo)模型的低溫性質(zhì)，得以進(jìn)一步洞悉高溫超導(dǎo)的理論機(jī)制；理論模型計(jì)算得到的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)上的觀察相符，有助於後續(xù)高溫超導(dǎo)的應(yīng)用。鍾佳民表示，古典電腦與量子電腦演算法扮演著相輔相成的角色，可互相修正進(jìn)步；在未來(lái)研究設(shè)計(jì)上，可使用結(jié)合量子電腦和古典電腦的混合計(jì)算，在相當(dāng)程度上幫助複雜系統(tǒng)研究，如核磁共振等高溫超導(dǎo)，以及量子電腦計(jì)算與機(jī)器學(xué)習(xí)等數(shù)值建構(gòu)模型等，提供理論物理參考基礎(chǔ)。
研究團(tuán)隊(duì)指出，此項(xiàng)研究結(jié)合量子蒙地卡羅（quantum Monte Carlo）與密度矩陣重整化群（density matrix renormalization group）的數(shù)值方法，計(jì)算了次近鄰躍遷的哈伯模型（Hubbard model）基態(tài)，在電子與電洞的參雜下都發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)態(tài)，其超導(dǎo)序與參雜間的關(guān)係大致符合實(shí)驗(yàn)對(duì)於溫度的相圖。基於張量網(wǎng)路（tensor network）的數(shù)值方法發(fā)展迅速，若能計(jì)算如單模激發(fā)譜（single-mode excitation spectrum）和電導(dǎo)率等與實(shí)驗(yàn)高度相關(guān)的物理量，將使理論能進(jìn)一步解釋實(shí)驗(yàn)觀察到的現(xiàn)象。
跨國(guó)研究團(tuán)隊(duì)成員還包括美國(guó)Flatiron Institute教授Shiwei Zhang、加利福尼亞大學(xué)爾灣分校教授Steven White、以及德國(guó)慕尼黑大學(xué)（Ludwig-Maximilians-Universität）教授Ulrich Schollwöck等人。此篇研究為鍾佳民在2017年發(fā)表論文登上科學(xué)期刊（Science）後，與相關(guān)研究者繼續(xù)深度合作，再度榮獲刊登。
「科學(xué)」（Science）為世界頂尖權(quán)威期刊，其2022年學(xué)術(shù)期刊影響力為59.6。在跨學(xué)科科學(xué)類別中，按期刊影響因子（Journal Impact Factor），在73個(gè)期刊中排名第2；按期刊引用指標(biāo)（Journal Citation Indicator），在134個(gè)期刊中排名第2。期刊連結(jié)：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adh7691