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中山大學物理系助理教授鍾佳民與美國、德國的研究團隊跨國合作，成功破解長達30年的高溫超導體理論模型問題，研究成果發表在《科學》（Science）期刊。這項研究不僅對於理論物理的發展有重大影響，更為未來的科技發展開啟新的可能。
 
高溫超導體是一種在相對高溫下、約−200℃左右就能呈現超導特性（即電阻為零）的導體。自高溫超導體在1986年被發現以來，如何實現在室溫下的超導一直是物理學家追求的目標。然而，數十年來，科學家以各種方式計算高溫超導的低能量態理論機制，卻因為系統關聯性與量子擾動強烈、低溫時低能量態互相競爭等偏差，而一直無法理解它的內在機制。
 
研究團隊在使用數值方法模擬計算的過程中，成功模擬並預測實驗結果，使得過去30年來科學家無法解答的高溫超導體理論模型問題得以獲得確定的答案。這項研究成果不僅突破了以往的理論限制，也推進了凝態物理領域（condensed matter physics）的研究進展。
 
鍾佳民指出，強關聯系統的數值方法不僅適用於凝態系統，也可應用於其他方面。例如高能物理、量子化學系統或生物系統上，使研究者可以用更為精確的方式來研究這些系統。此外，這項研究也讓科學家終於有能力精確地了解超導模型的低溫性質，並進一步了解高溫超導的理論機制。這項成果不僅與實驗上的觀察結果相符，也對於未來高溫超導的應用有所助益。此外，這項研究更展示古典電腦與量子電腦在演算法有相輔相成的效果。未來若能使用結合量子電腦和古典電腦的混合計算，將有助於複雜系統的研究，例如核磁共振，以及量子電腦計算與機器學習等數值建構模型等，並且為理論物理提供參考基礎。
 
本次研究中，研究團隊使用了量子蒙地卡羅（quantum Monte Carlo）與密度矩陣重整化群（density matrix renormalization group）的數值方法，計算了次近鄰躍遷的哈伯模型（Hubbard model）基態，並在電子與電洞的參雜下都發現了超導態，當中的超導序與參雜間的關係大致符合實驗對於溫度的相圖。
 
總結來說，這項研究的成功不僅為理論物理的發展開闢了新道路，也將為未來的科技發展帶來新的可能。期待研究團隊在未來能夠帶來更多的研究突破，並為科學世界帶來更多的驚喜。
 

新聞來源
1. Chung, XH. et al. (2024). Coexistence of superconductivity with partially filled stripes in the Hubbard model. Science, 384(6696), eadh7691.
2. 中山新聞。（2024年5月10日）破解30年高溫超導理論模型 中山大學研究登Science。中山新聞。https://news.nsysu.edu.tw/p/406-1120-332178,r2910.php?Lang=zh-tw