冷原子|虎虎生威！中科大三篇论文同日登上国际顶级学术刊物《自然》直接冷却|结构多样性|密度波

2月10日凌晨，国际权威学术期刊《自然》在线发表了中国科大团队在笼目结构超导体、基于超冷原子分子的量子模拟、蛋白质设计三个方面取得的重要进展。以下是成果简介。
在笼目结构超导体研究领域取得重要进展
中国科学技术大学陈仙辉、吴涛和王震宇等组成的团队，近日在笼目超导体CsV3Sb5中发现一种新型电子向列相。该发现不仅为理解笼目结构超导体中电荷密度波与超导电性之间的反常竞争提供了重要实验证据，也为进一步研究关联电子体系中与非常规超导电性密切相关的交织序提供了新的研究方向。相关成果2月10日以加速预览的方式在线发表于《自然》。
电子向列相广泛存在于高温超导体、量子霍尔绝缘体等电子体系，与高温超导电性之间存在紧密联系，被认为是一种与高温超导相关联的交织序。探索具有新结构的超导材料体系，从而进一步研究超导与各种交织序的关联是当前领域的一个重要研究方向，其中一类备受关注的体系为二维笼目结构。理论预测二维笼目体系可呈现出新奇的超导电性和丰富的电子有序态，但长期以来缺乏合适的材料体系实现其关联物理，笼目超导体CsV3Sb5的发现为该方向的探索提供新的研究体系。

文章插图

笼目结构超导体中三重调制电荷密度波导致的电子向列序与超导电性的物理示意图：刘慧（中国科大艺术与科学研究中心
陈仙辉团队在前期研究中已成功揭示该体系中面内三重调制的电荷密度波态，以及电荷密度波与超导电性在压力下的反常竞争关系。在此基础上，团队结合扫描隧道显微镜、核磁共振以及弹性电阻三种实验技术，发现体系在进入超导态之前，三重调制电荷密度波态会进一步演化为一种热力学稳定的电子向列相，并确定转变温度在35开尔文左右。新型电子向列相具有Z3对称性，在理论上被three state Potts模型所描述，因而又被称为Potts向列相。有趣的是，这种新型电子向列相近期在双层转角石墨烯体系中也被观察到。
这一成果不仅在笼目结构超导体中揭示了一种新型电子向列相，也为理解这类体系中超导与电荷密度波之间的竞争提供了实验证据。此前的扫描隧道谱研究表明， CsV3Sb5体系中可能存在超导电性与电荷密度波序相互交织而形成的配对密度波态（PDW）。在超导转变温度之上发现的电子向列序，可以被理解成一种与PDW相关的交织序，这一研究结果也为理解高温超导体中的PDW提供了重要线索和思路。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04493-8
首次在超冷原子分子混合气中合成三原子分子
中国科学技术大学潘建伟、赵博等与中国科学院化学所白春礼小组合作，在超冷原子分子混合气中首次合成三原子分子，向基于超冷原子分子的量子模拟和超冷量子化学的研究迈出重要一步。该成果2月10日发表于《自然》。
量子计算和量子模拟具有强大的并行计算和模拟能力，不仅能够解决经典计算机无法处理的计算难题，还能有效揭示复杂物理系统的规律，从而为新能源开发、新材料设计等提供指导。利用高度可控的超冷量子气体来模拟复杂的难于计算的物理系统，可以对复杂系统进行精确的全方位研究，因而在化学反应和新型材料设计中具有广泛的应用前景。
超冷分子将为实现量子计算打开新思路，并为量子模拟提供理想平台。但由于分子内部的振动转动能级复杂，通过直接冷却的方法来制备超冷分子非常困难。超冷原子技术的发展为制备超冷分子提供了一条新途径。人们可以绕开直接冷却分子的困难，从超冷原子气中利用激光、电磁场等来合成分子。从原子和双原子分子的混合气中合成三原子分子，是合成分子领域的重要研究方向。