摘要：高温超导材料因其在能源、电子学以及量子计算等领域的潜在应用而备受关注。与传统的超导材料相比，铜氧化物类高温超导体具有更高的临界温度，这使得它们在常温下能够实现超导性，具有广泛的应用前景。然而，尽管研究已持续了40多年，超导性与条纹结构之间的关系仍未完全明了，尤

研究背景

高温超导材料因其在能源、电子学以及量子计算等领域的潜在应用而备受关注。与传统的超导材料相比，铜氧化物类高温超导体具有更高的临界温度，这使得它们在常温下能够实现超导性，具有广泛的应用前景。然而，尽管研究已持续了40多年，超导性与条纹结构之间的关系仍未完全明了，尤其是在超导配对与条纹形成的复杂交互作用上仍然存在许多未解的难题。这一问题的解决对于推动高温超导材料的应用以及理解有序相的形成机制至关重要。

成果简介

为了解决这一问题，德国马克斯-普朗克量子光学研究所Dominik Bourgund，Timon A. Hilker等人合作在Nature期刊上发表了题为“Formation of individual stripes in a mixed-dimensional cold-atom Fermi–Hubbard system”的最新论文。

该团队利用混合维度（mixD）耦合的二维哈伯德模型，首次观察到在冷原子系统中，孔掺杂物之间的相互作用超出了最近邻站点的范围，从而揭示了条纹结构的形成过程。研究人员通过高阶电荷和自旋相关函数的测量，成功捕捉到了扩展电荷结构的信号，并确认其为单个条纹结构的形成。

这一发现不仅为理解高温超导体中条纹相的形成提供了实验依据，还为探索超导与条纹之间的关系提供了新的视角。通过量子模拟器，研究者能够精确控制系统的参数和维度，实现对超导材料中关键物理现象的直接观测。这一工作不仅为固态物理中的重要问题提供了新的实验支持，也为设计和优化新型高温超导材料提供了理论基础。

研究亮点

（1）实验首次在具有混合维度（mixD）耦合的排斥性二维哈伯德系统中观察到孔在邻近站点以外的吸引现象，揭示了孔掺杂物之间的长程吸引相关性。

（2）实验通过使用更高阶的电荷和自旋相关函数，识别出扩展的电荷结构，并将其解读为单个条纹的前兆。这些条纹结构的观察为超导性和条纹之间复杂关系的研究提供了新的视角。

（3）通过对自旋部分的研究，发现条纹的形成与反铁磁性有密切关联，观察到自旋相关性在一定温度范围内增强，进一步支持了条纹相的存在。

（4）实验结果表明，混合维度系统可能表现出增强的条纹有序特性，这为理解高温超导材料中条纹相与超导性之间的关系提供了实验依据。

图文解读

图1: 混合费米子-哈伯德系统。

图2: 超越最近邻的空穴相关性。

图3: 多点相关器。

图4:条纹相长度直方图。

图5:自旋区分析。

结论展望

本文的研究为高温超导体中条纹相的形成提供了新的实验证据，并展示了混合维度（mixD）费米–哈伯德模型在探索这一现象中的潜力。通过超冷原子量子模拟器，研究首次观察到孔配对和扩展电荷有序的迹象，揭示了短程自旋相关性和集体电荷行为之间的复杂关系。

这一发现为理解条纹相的起源和其与反铁磁有序的相互作用提供了重要线索，尤其是在掺杂物的波动性和条纹的形成过程中。mixD设置的能量尺度为量子模拟器提供了研究这一集体相的有效平台，能够精确控制周期性、波动性和填充率等参数。

此外，将mixD系统与二维系统的联系以及与双层镍酸盐等新型高温超导材料的关系，拓宽了我们对超导性和条纹相在多维体系中相互作用的理解。此研究为未来量子模拟在探索复杂凝聚态物质中的应用提供了新的视角，尤其是在量子计算和新型超导材料的研究方向上，具有重要的启发意义。

文献信息

Bourgund, D., Chalopin, T., Bojović, P. et al. Formation of individual stripes in a mixed-dimensional cold-atom Fermi–Hubbard system. Nature 637, 57–62 (2025).

来源：MS杨站长