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全息超导:连接黑洞和超导的桥梁

导读: 引力全息对偶为研究强耦合量子体系提供了一种新的有效途径。基于该对偶性的全息超导,为我们研究强相互作用下的超导现象提供了新的视角。

  高温超导在理论和应用上都有重要意义,由于其是一个强关联电子系统,为理解高温超导的性质带来了很大困难。引力全息对偶为研究强耦合量子体系提供了一种新的有效途径。基于该对偶性的全息超导,为我们研究强相互作用下的超导现象提供了新的视角。

    最近SCIENCECHINAPhysics,Mechanics&Astronomy(《中国科学:物理学天文学力学》英文版)2015年第6期发表的一篇综述回顾了全息超导的主要模型和进展。

  该文题为:“Introductiontoholographicsuperconductormodels”,由中国科学院理论物理研究所蔡荣根研究员、希腊克里特大学李理博士、中国科学院国家空间科学中心李丽仿博士和中国科学院理论物理研究所博士研究生杨润秋共同撰写。

 

  引力全息性质的发现是过去十余年引力理论及相关领域最重要的研究进展之一。引力全息的概念由诺贝尔物理奖获得者G.’tHooft在1993年提出。1998年,菲尔茨奖获得者,著名理论物理家E.Witten,基础物理奖获得者,著名超弦物理学家J.Maldacena等人在超弦理论中第一次提出了实现引力全息对偶的具体例子。引力全息对偶在强相互作用的量子多体问题和高一维的黑洞物理之间建立了对应关系,这也是称之为全息的原因(类比于全息照相)。在该框架里,准粒子概念被引力中的几何自由度取代。某种意义上,全息对偶与传统的呈展(emergent)现象十分相似:当系统相互作用很强时,新的弱相互作用的自由度会动力学”涌现”出来,关键的一点是新呈现出来的自由度”长在”比原系统多一个空间维度的时空里面。这个额外维度起到了对偶系统中能标的作用,沿着这个空间方向运动相应于对偶体系中能量标度的改变,即表征了重整化群流动的方向。通过这种方式,全息对偶把量子多体物理中的问题,比如热力学和输运性质的计算,等价到对经典引力的研究。常规的超导电性可以由基于弱相互作用的BCS理论很好描述,但是随着一系列高温超导材料的发现,BCS理论在这些材料中不再适用。现在一般认为高温超导是一个强耦合体系,而全息对偶则为我们理解强耦合超导现象提供了契机。

  最近十年来,全息超导受到了很多研究人员的关注,作为一个研究热点,各种模型被提出和进一步拓展。“从简单的阿贝尔-希格斯全息超导模型出发,就得到了许多类似于实际超导材料中所观察到的现象,全息模型确实抓住了真实超导的一些本质特性。”论文通讯作者蔡荣根研究员说。当前的全息超导模型根据对称性主要可以分为S波、P波和D波模型。文章首先回顾了引力全息对偶的基础知识,然后对三类模型做了比较系统的介绍,此外还包括了不同超导相之间的竞争和共存行为。文章是对全息超导的最新回顾,对于系统了解全息超导的历史和现状有较好帮助。

  “很感谢作者做出的努力,这需要不小的工作量,文章是对全息超导研究的一篇很好的综述。”麻省理工学院的JulianSonner博士说。

  据悉,为总结和进一步推动引力全息性质在凝聚态物理中的应用研究,2015年7月6日至31日将在中国科学院卡弗里理论物理研究所举办为期近一个月的“Holographicdualityforcondensedmatterphysics”学术讨论会。该研讨会的国际协调人包括凝聚态物理学家哈佛大学的Sachdev教授,清华大学的翁征宇教授,荷兰莱顿大学的Zaanen教授,超弦物理学家德国马普所的Erdmenger教授,美国斯坦福大学Hartnoll教授,MIT的刘洪教授,荷兰莱顿大学的Schalm教授。国内协调人由中科院理论物理所蔡荣根研究员,北京大学陈斌教授,中国科技大学卢建新教授,中科院高能所凌意研究员,上海交通大学王斌教授,以及孙亚文博士组成。

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