高温超导体有一个困扰凝聚态物理学数十年的阴影态。冷却铜氧化物材料时，在它变得超导之前，会经历一个奇异的相，材料表现得像金属，但缺少了某种东西：低能激发中出现了一个本不该存在的能隙。30 年来，这个赝能隙相一直被推断、争论和建模，但始终只能间接进行，因为真实材料过于复杂，难以控制。
哈佛大学的一个团队如今逐原子地重现了这一状态。在《自然》杂志上，由马库斯·格赖纳（Markus Greiner）领导的研究人员报告了对费米-哈伯德模型中赝能隙金属的首次实验表征。费米-哈伯德模型是对晶格上相互作用电子的极简理论描述，也是铜氧化物物理的基础。他们用光学晶格中的超冷原子构建了这一模型。借助一种量子气体显微镜，他们可以放置、成像并操控单个原子，并将系统冷却到足以观察赝能隙出现。
实验
费米-哈伯德模型描述电子在晶格位点之间跳跃，当两个电子占据同一位点时产生相互作用能。掺杂的莫特绝缘体是与铜氧化物相关的参数区间，由于所需温度极低，一直难以进行实验研究。2025 年在低温中性原子模拟器方面的一项进展，为哈佛团队带来了所需的数倍温度降低。
该团队对冷原子模拟器进行了热力学和光谱学测量。在冷却过程中，压缩率（系统吸收粒子的难易程度）在中等掺杂处出现最大值，这是状态方程中的一个拐点。追踪该最大值随相互作用强度的变化，揭示出一条热力学反常线，在大相互作用下将欠掺杂金属与过掺杂金属分隔开来。欠掺杂区间的晶格调制光谱显示低能响应有所缺失，尤其是在布里渊区的反节点区域，这正是赝能隙的特征。由此，他们构建了跨越相互作用和掺杂的赝能隙相图。
赝能隙是什么
在普通金属中，费米面上的电子可以以任意小的能量被激发。在赝能隙相中，这些低能激发被部分抑制，形成了一个并不完全闭合的能隙，因此得名。在铜氧化物中，赝能隙位于与高温超导相邻的掺杂区间，理解它一直被视为解释这些材料为何能在任何传统理论都无法预言的温度下实现超导的核心。
哈伯德模型是捕捉这一物理的最小理论，冷原子模拟器如今为其提供了直接的实验窗口。这些测量证实了赝能隙金属在该模型中的存在，刻画了它在相图中的位置，并提示了与电荷有序的关联，可在未来的研究中进一步探索。
意义
这是量子模拟兑现其承诺的一个案例：利用可控的量子系统，回答关于另一个更难控制的系统的问题。冷原子平台无法复制铜氧化物的全部复杂性，它是一个模型系统，而非真实材料，但这恰恰是关键所在。通过隔离哈伯德模型的行为，该实验检验了赝能隙究竟是模型本身的特征，从而构成铜氧化物难题中真实的一块拼图，还是真实材料复杂性带来的产物。
该团队的数值对比（动力学量子蒙特卡洛和小团簇上的精确对角化）支持了实验结果。赝能隙出现在模型中，出现在正确的位置，带有正确的光谱特征。接下来的问题已经清晰可见：赝能隙是否与电荷有序相关，同一台模拟器能否被推入超导本身出现的区间。赝能隙，这个长期以来的阴影，如今有了面孔。
婷 翻译
Sources
- Kendrick, L.H., Kale, A., Gang, Y., Deters, A.D., Lebrat, M., Young, A.W., Greiner, M. “Pseudogap in a Fermi-Hubbard quantum simulator.” Nature (2026). DOI: 10.1038/s41586-026-10875-z
- Xu et al., Nature 642:909-915 (2025)