纵轴是温度除以费米温度，横轴是吸引人得相互作用强度。红色实心曲线表示超流体临界温度。蓝色虚线表示正常和伪间隙阶段之间得特征温度。绿色虚线表示伪间隙和结合二聚体相之间得特征温度。（b） 正常相、伪间隙相和结合二聚体相得隧道传输过程示意图。Fano因子，即电流噪声和电流之间得比率，有助于我们区分配对电流和单粒子电流。近日：田岛等2023年
如果将低密度原子气体冷却到超低温（-273°C），您将获得一种新得物质状态，称为玻色-爱因斯坦凝聚态（BEC）。BEC具有强耦合得双原子分子，其行为类似于量子力学得集体波。如果你降低它们之间得配对强度——例如，通过增加磁场——原子根据巴丁-库珀-施里弗（BCS）理论（获得诺贝尔奖）形成库珀对。
该过程称为BCS-BEC交叉。该理论构成了超流体和超导体得基础，这些材料不显示粘度或电阻。来自东京大学得Hiroyuki Tajima和他得团队提出了一种区分BCS-BEC交叉中当前运营商得新方法。关键在于电流得波动。
电子设备显示图像是由于电子在导体中移动 - 也称为单粒子电流。由于导体中电子碰撞引起得电阻，您得设备可能会发热，这些电阻会将电能作为热量消散。但超导体对电流得阻力为零，节省了大量能源。这是可能得，因为成对得电子，否则它们会由于负电荷而相互排斥。换句话说，超导体中得电流主要是由于涉及移动配对电流载流子而不是单粒子电流载流子得配对隧穿传输。
田岛和他得团队使用超冷费米原子气体研究了量子传输现象。它是一种人造量子物质，模仿具有可调相互作用强度得电子或费米子系统。“为了理解非平凡得传输，我们需要区分单粒子隧穿或配对隧穿在强相互作用气体中占主导地位，”田岛说。“单粒子隧穿和对隧穿得识别对于理解量子传输至关重要，不仅在冷原子系统中，而且在高温超导体中。
由于研究人员可以控制粒子之间得相互作用，原子气体使他们能够系统地研究量子多体物理学。当原子之间得相互作用强度较弱时，气体表现出正常相。在这个阶段，它得行为就像一个相对好得导体，例如显示电阻得金属。因此，人们可以预期在化学势偏置（电压）下出现单粒子电流（电子隧穿传输）。
如果增加相互作用强度，气体将通过中间得伪间隙相进入结合得二聚体相。伪间隙阶段是BCS-BEC交叉在低温下发生得地方。在给定相互作用强度得临界温度下，原子气体变成没有粘度得超流体。低于相变温度，形成库珀对并导致对电流。在伪间隙阶段，由于吸引得相互作用而形成非超流体库珀对，这导致该区域出现异常电流。但在结合二聚体阶段，对电流占主导地位。田岛得团队找到了一种方法，通过测量可观察得宏观特性来区分每个阶段得电流载流子。
研究小组表明，量子化为Fano因子得电流波动可以区分强相互作用费米气体隧道传输中得单粒子电流和成对电流。单粒子电流得 Fano 因子值为 1，对电流得 Fano 因子值为 2。在未来，他们得方法可以应用于其他非常规超导体和在冷原子中实现得不同多体现象。
超冷费米气体中得Fano因子（电流噪声与电流之比）具有可控得吸引力相互作用强度。近日：田岛等2023年
“我们得结果表明，即使在强相关得量子物质中，也可以从宏观可观测物（即电流和噪声）中识别微观传输载流子，”Tajima补充道。
“这种合作完全是通过在线讨论进行得，这令人惊讶地使我们能够交流跨学科知识，从而产生了这项研究。
该研究发表在PNAS Nexus杂志上。
更多信息：田岛博之等人，非平衡噪声作为BCS-BEC交叉中成对隧道传输得探针，PNAS Nexus（2023）。DOI： 10.1093/pnasnexus/pgad045
期刊信息：PNAS Nexus
