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OPTICS FRONTIERS
03
2026
-
07
费米超流体 | Nature Physics
作者：
费米多体系统，为研究相互作用如何驱动集体量子行为（包括宏观相干性和超流性）提供了平台。这些现象的核心是库珀对的形成，即两个费米子构成的关联态，表现为复合玻色子，并在临界温度以下发生凝聚。不同于基本玻色子不同，这些库珀对保留了由底层费米子关联所决定的内部结构，这对于理解从玻色-爱因斯坦凝聚到巴丁-库珀-施里弗渡越范围内的超流性质至关重要。
近日，意大利佛罗伦萨大学M. Frómeta Fernández，G. Roati等在Nature Physics上发文，利用声学萨格纳克干涉仪，直接测量了旋转费米超流体的角动量。
实验通过环形势阱束缚超冷锂原子气体，并激发相向传播的声子模式形成干涉。通过向环中注入量子化超流，声子频率发生多普勒劈裂，干涉条纹随之进动。费米超流体的环流量子为h/2m（m为原子质量），证实超流由库珀对而非单粒子承载。该技术，还为测量幺正费米气体的超流分数提供了新途径。类比于光学萨格纳克效应，构建了声学版本环形干涉平台，并探测了费米凝聚体在该渡越过程中的复合性质。
通过弱光学势相干激发具有可调相互作用的环形费米超流体中，两束反向传播的长波声子，实现了原位环形干涉仪。通过向超流环中注入量子化的超流，解除了顺时针与逆时针声模之间频率简并。由此产生的多普勒频移，可用于探测费米流体中的环流量子基本单位和每个粒子的角动量。实验观测表明，超流环流量子化单位为费米子对所决定的量子，提供了低温区幺正费米气体超流分数的测量途径。
该项成果，确立了声子干涉测量法，可用于强关联量子系统的一种探测技术。
Angular momentum of rotating fermionic superfluids by Sagnac phonon interferometry.旋转费米超流体的角动量：萨格纳克声子干涉测量
图1：环形费米超流体中的类萨格纳克物质波干涉仪。
图2：玻色-爱因斯坦凝聚Bose-Einstein Condensation，BEC–巴丁-库珀-施里弗Bardeen–Cooper–Schrieffer（超导/超流体的微观理论）渡越的声子干涉测量。
图3：BEC–BCS渡越的声子多普勒频移与每个粒子的角动量。
图4：幺正性下的超流分数。
来源：今日新材料
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