5月23日，中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心陳啟瑾和美國芝加哥大學的王志強、Shuolong Yang、K. Levin、達特茅斯學院的Rufus Boyack等，應邀在最新一期《現代物理評論》(Reviews of Modern Physics)上發表長篇綜述文章，題為“當超導電性實現渡越：從BCS超導到玻色-愛因斯坦凝聚”（When superconductivity crosses over: from BCS to BEC）。該論文系統地闡述了BCS-BEC渡越超導理論，指出含有贗能隙的強配對超導是比著名的巴丁-庫柏-喜瑞佛（Bardeen-Cooper-Schrieffer, 即BCS）超導理論所涵蓋的更廣泛的超導形式。這里BEC代指玻色-愛因斯坦凝聚（Bose-Einstein condensation）。近年來，科學家在天然和人工合成材料中發現了一系列新型非常規超導體，包括有機超導體、鐵基超導體、魔角石墨烯超導體、門控半導體超導、表面和界面超導體等。文章對這些新的實驗發現進行了系統的分析和評述，指出它們屬于BCS-BEC渡越型超導，電子配對強度介于BCS和BEC這兩端極限的中間過渡區，呈現有明顯的贗能隙現象，并給出了相關實驗判據。此外，文章討論了銅氧化物高溫超導體屬于BCS-BEC渡越型超導的實驗證據。

超導電性自1911年被H.K. Onnes等人發現以來，對物理學的發展產生了巨大影響。除凝聚態之外，超導配對理論在基本粒子和核物理等其它領域也有重要應用。1957年，BCS超導理論成功地解釋了基于電子-聲子相關作用的常規超導電性，認為在臨界轉變溫度Tc之下，電子通過有效的吸引相互作用形成庫柏對從而實現動量空間的凝聚，并在電子激發譜中形成一個超導能隙。然而，1986年銅氧化物高溫超導體的發現，打破了這一理論描述。對于高溫超導體，在轉變溫度Tc之上就反常地出現了配對能隙，被稱為贗能隙。此后，如何理解高溫超導機理及其贗能隙現象成為了一個夸世紀的重大物理難題。在此基礎上，由諾貝爾物理學獎獲得者A.J. Leggett于1980年提出的BCS-BEC渡越理論引起了人們的高度重視，作為幾種主要的高溫超導備選理論之一得到了大力發展，并被推廣應用于超冷費米原子氣體、核物質、夸克膠子等離子體等研究領域。根據這一理論，隨著配對相互作用的增強，電子可以在較高的溫度下呈現配對關聯甚至實現預配對，從而導致在電子激發譜中出現贗能隙。當配對相互作用足夠強時，可以在高溫區即實現電子的全部配對。這些電子對可以看作是波色子，從而隨溫度降低實現玻色-愛因斯坦凝聚。新世紀以來，這一基于BCS-BEC渡越的超導理論圖像在冷原子費米氣體超流中被實驗實現，之后獲得廣泛的認可。近年來，越來越多的新型超導體被制備和發現，因此，如何把人們對BCS型超導電性的理解擴展到這些令人激動的新型超導材料上是物理學界的一個重要課題。部分材料具有明顯的BCS-BEC渡越的特征，可以稱之為BCS-BEC渡越型超導體。如今直接在大量新超導材料中觀測到相關實驗證據尤其令人振奮，對于超導電性的研究具有重要意義。

長期以來，中國科學技術大學陳啟瑾教授及其合作者們在高溫超導領域的理論研究中做出了重要貢獻。陳啟瑾和K. Levin團體發展了基于BCS-BEC渡越圖像的配對漲落理論 [Phys. Rev. Lett. 81, 4708 (1998)]，對高溫超導中的反常贗能隙現象給出了一種很自然的解釋，并成功地解釋了包括高溫超導相圖、超流密度隨摻雜濃度變化的準普適行為等一系列超導實驗現象，對于反常的抗磁性、Nernst效應以及霍爾系數等現象給出了統一的解釋。2004年，隨著超冷費米原子氣體超流研究的興起，陳啟瑾等人首次把贗能隙概念引人費米原子氣體領域，并逐漸被該領域接受。幺正費米氣體中的贗能隙現象也于去年首次在實驗上無可爭議地被觀測到 [Nature 626, 288 (2024)]。基于這一理論，陳啟瑾和合作者成功地解釋了冷原子費米氣體的超流相圖、熱力學相變 [Science 307, 1296 (2005)]、密度分布、射頻譜、末太效應、粒子數失配效應、FFLO奇異超流態的穩定性缺失等一系列實驗現象，在偶極原子氣體、費米-費米混合氣體中的配對和超流理論以及低維BKT相變理論等方面取得了一系列重要成果，發現和預言了一系列新奇的量子現象。此外，應邀在Physics Reports上著有費米冷原子氣體領域第一篇綜述文章。本論文第二作者王志強為中國科學技術大學新引進的青年科學家，長期從事高溫超導理論研究，在p波及高角動量配對超導、交流反常霍爾效應、朗道能級配對、量子幾何效應等方面取得了一系列重要成果。

《現代物理評論》創刊于1922年，涵蓋包括基礎、應用和交叉方向的各物理學研究方向，是國際物理學界最著名的綜述性期刊，每年僅發表約四十篇學術論文。該期刊一般不接受自由投稿，主要是由編輯邀請在各領域卓有建樹的物理學家執筆，旨在對當今物理研究的重大熱點問題做歷史總結、原理闡述、現狀分析和趨向預測。論文需經過國際同行的匿名評審方可發表。

論文鏈接：https://link.aps.org/doi/10.1103/RevModPhys.96.025002

（合肥微尺度物質科學國家研究中心、未來技術學院、上海研究院、物理學院、科研部）