費米原子氣體同超導體具有相似性，是研究高溫超導物理的理想模型，包括研究超導配對機理、反常贗能隙現象等高溫超導領域的核心問題，因此費米原子氣體的研究具有重要意義。
一項新的研究提出，利用混合維度並通過調節原子間配對的相互作用強度，可以在二分量費米原子氣體中實現超高的約化超流轉變溫度，Tc/TF~ 1。這一工作發表於《中國科學：物理學 力學 天文學》英文版2020年第2期，由浙江大學及量子信息和量子物理協同創新中心的陳啟瑾教授擔任通訊作者，以及來自浙江大學、中山大學和浙江工業大學的研究人員共同完成。文章指出，通過增大混合維度中光晶格的晶格常數，可以獲得高於任何已知系統的超高的約化超流轉變溫度Tc/TF。
超導電性自從1911年被發現以來，一直是物理學研究的重要領域之一，不僅其本身呈現很多重要的科學問題，更具有重要的工業應用前景。追求更高的超導轉變溫度Tc甚至實現室溫超導一直是科學家的長期目標。Tc也從最初金屬超導體的幾K提高到銅氧化物高溫超導體的95 K（常壓下）和164 K（高壓下汞系銅氧化物），甚至203 K（90 GPa高壓下的H2S）。然而理論上更重要的參量是約化轉變溫度Tc/TF。這裡電子費米溫度TF代表電子的平均動能。對於上述及其它各種超導體，約化轉變溫度通常不高於0.05。近年來，隨著超冷費米原子氣體中超流的實現，對於強配對的玻色-愛因斯坦凝聚相(BEC)，在三維均勻體系和三維諧振子勢阱中的約化超流轉變溫度可分別達到0.218和0.518。
作者發現利用混合維度並通過改變晶格常數來調節費米能，可以調節轉變溫度，如圖1所示。費米子通過形成具有玻色統計行為的費米子對從而在低溫下呈現超流性。這裡配對的兩個分量分布處於三維自由空間（稱作自旋向下）和很深的一維光晶格中。光格常數d很大，以致於自旋向上的原子在動量空間形成了一個很薄的費米圓盤，其化學勢隨d增大而增大。當配對相互作用很強時，另一分量的費米球會形變成相同的費米圓盤，從而推高Tc。如圖2所示，約化Tc/TF隨d近乎線性增加，當kFd= 55時達到Tc/TF≈1，高於任何已知系統。
圖1.混合維度中的費米原子在(a)實空間和(b)動量空間中的分布。自旋向上的原子位於一維光晶格中，其波函數如藍色曲線所示，而自旋向下的原子位於三維自由空間，具有平面波解（紅色直線）。動量空間中，二者分別佔據一個費米圓盤和費米球。
圖2.約化超流轉變溫度Tc/TF隨kFd近乎線性增大。這裡Tcmax是對於給定d值，改變相互作用強度時所得到的最高Tc。
冷原子系統被廣泛用於量子模擬和量子工程研究。其中一個重要目標是實現對高溫超導體的模擬並幫助求解高溫超導機制。正確理解這一機制對於尋找和設計更高溫超導體至關重要。該項研究率先為設計更高Tc的超流和超導材料提供了新方案，具有重要的科學意義。
作者簡介
陳啟瑾，現任中國科學技術大學教授，教育部長江學者，2000年獲芝加哥大學博士學位。2000-2008年在美國從事凝聚態理論研究。2008年至2019年任浙江大學教授。主要研究領域為高溫超導理論和冷原子物理，取得了一系列具有國際影響的重要成果。論文先後被SCI總引用超過2500次。
張雷鋒，2019年獲浙江大學理學博士學位，主要研究領域為超冷費米原子氣體中的理論問題，包括BCS-BEC過渡理論、非常規體系中的新奇超流動性及配對現象等新物理。