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bat365吴为副教授在高温超导体的奇异金属态起源研究领域取得重要进展
高温超导体中的不同物态性质及其物理起源的研究一直是凝聚态物理领域的一个难题和热点问题。自1986年Bednorz和Muller发现镧钡铜氧材料里的高温超导电性以来，人们发现铜氧化物超导材料在其掺杂(p)-温度(T)相图上都会有一个很大的金属区，在此区域，直流电阻率（ρ0）随着温度T的下降会呈现完美的线性关系，即ρ=AT+ρ0。这里A是一个常数，而ρ0是零温时的剩余电阻率。此种温度线性依赖的电阻率关系彻底违背了一般金属的朗道费米液体理论【后者预言在低温下，电阻率对温度应该是平方依赖关系即ρ=AT2】，所以这个金属态被称作“奇异金属态”。三十多年来，关于奇异金属态的机制和起源问题，凝聚态物理学界一直存在着很大的疑问和争议。
最近，bat365吴为副教授、2017级已毕业本科生王翔（目前为休斯顿大学博士研究生）和加拿大Sherbrooke大学 A.M.-S Tremblay教授合作，通过对铜氧化物超导体的一个理论模型 –- 相互作用电子的二维哈伯德模型进行大规模数值模拟和涨落诊断 (Fluctuation diagnostics) 分析，对此问题做出了具有启发性的研究和回答。他们发现，该模型在低温下，在 16%~20%的空穴掺杂区域（对应于铜氧化物的过掺杂区间）电子散射率可以呈现完美的线性温度依赖（如图1所示），且其中的非弹性散射部分在费米面上呈现各向对称的特征，这个结果与最近的几项实验符合得很好。他们分析发现，在忽略顶角修正情况下，系统的电阻率同样呈现完美的线性温度依赖关系，即在该模型中，确实存在一个奇异金属区间。
图(1):两种不同空穴掺杂下(20%、28%)电子散射率对温度的线性依赖关系
他们进一步使用最新发展的涨落诊断方法分析电子的自能，并由此发现，在这个奇异金属区间，电子的散射绝大部分是由反铁磁涨落所导致的（如图2所示）。结合系统磁关联函数等数据的分析，并对比历史实验数据，他们提出，在奇异金属态（16%~20%掺杂），虽然过量的空穴掺杂致使系统的磁关联被极大削弱了，但其仍然可以贡献电子的大部分散射过程。只有系统进入极度过掺杂区域（>30%），电子的散射才转变为单电子之间的单体碰撞，从而其可由费米液体理论描述。该项工作对高温超导体奇异金属态的物理起源做出了清晰合理的预测和判断，有望对该领域的发展和进步起到重要的推动作用。
图(2):涨落诊断分析发现在奇异金属区（p=0.18,p=0.2）电子散射主要由反铁磁
涨落贡献[q=(π，π)]。第一列：反节点区域电子；第二列：节点区域电子。
相关的研究工作于2022年3月23日以“non-Fermi liquid phase and linear-in- temperature scattering rate in overdoped two dimensional Hubbard model” 为题在线发表于《Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America》PNAS杂志。该工作第一完成单位为bat365在线平台网站，吴为副教授为第一作者和通讯作者。
该项工作得到了国家自然科学基金（青年项目）和广东省科技厅面上项目的支持，数值计算资源得到了天河2号广州中心的支持。