高溫超導中電子有序態(tài)和與超導態(tài)的關(guān)聯(lián)是當前熱點研究課題，對理解高溫超導機制有重要意義。中國科學院理論物理研究所研究員蔡榮根與合作者，從引力全息對偶的角度在該領域的研究取得了進展，研究人員構(gòu)建了一個平移對稱性自發(fā)破缺的全息超導模型，給出了伴隨電荷密度波和流密度波等電荷有序態(tài)的非均勻超導相，在理論上為實現(xiàn)和研究庫珀對密度波(pair density wave)提供了新視角。近日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《物理評論快報》上。

　　引力波的直接探測進一步檢驗了愛因斯坦廣義相對論。但它與量子場論并不自洽，建立一個自洽的量子引力理論仍是理論物理學家的最大夢想，它對理解諸如宇宙早期物理和黑洞內(nèi)部結(jié)構(gòu)等重要問題極其重要。引力全息性質(zhì)的研究對于揭示引力的本質(zhì)屬性和構(gòu)建引力的量子理論意義重大，近年來，重要的進展是從超弦理論發(fā)展起來的引力/規(guī)范對偶(AdS/CF對應)。該對偶在強耦合量子多體體系和經(jīng)典引力之間建立了對應關(guān)系，進而為研究強耦合系統(tǒng)提供了有力工具，成為引力和相關(guān)領域的國際前沿課題。

　　高溫超導作為一個強關(guān)聯(lián)量子多體系統(tǒng)對傳統(tǒng)的固體量子理論提出了嚴峻挑戰(zhàn)。高溫超導的典型特征是存在各種不同自由度的有序態(tài)與超導態(tài)緊密交織在一起，闡明這些電子有序態(tài)的起源及其與超導態(tài)的關(guān)聯(lián)對于理解高溫超導機制具有重要意義。其中一個研究熱點是庫珀對密度波，(既使在沒有外磁場情況下)庫珀對密度在空間上出現(xiàn)周期性調(diào)制，進而誘導電荷周期性分布，形成電荷有序態(tài)。

　　蔡榮根與美國里海大學博士李理、蘭州大學教授王永強和荷蘭萊頓大學教授Jan Zaanen合作，從有效場論角度出發(fā)，構(gòu)建了庫珀對密度波的全息模型。通過解析和數(shù)值方法得到了自發(fā)破缺空間平移對稱性和U(1)規(guī)范對稱性的帶毛黑洞解，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偶描述了無外磁場情況下庫珀對密度波以及其誘導出的電荷密度周期性調(diào)制，揭示了低溫有序態(tài)獨特的互相交織的行為可能根植于量子臨界金屬強烈的糾纏性質(zhì)。同時，模型預言了宇稱的自發(fā)破缺，這與最近高溫超導中的實驗觀測一致。該模型在理論上為實現(xiàn)和研究強關(guān)聯(lián)情況下的電子有序態(tài)及其與超導相的關(guān)系，提供了新的視角。

　　研究工作得到了國家自然科學基金項目和中科院前沿科學重點研究項目的支持。

　　論文鏈接 

　　左圖和右圖分別給出了從全息模型得到的棋盤格狀的超導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。