高溫超導(dǎo)性，即某些材料在遠(yuǎn)高于經(jīng)典物理允許的溫度下以零電阻導(dǎo)電的能力，幾十年來一直是凝聚態(tài)物理學(xué)中的核心挑戰(zhàn)。哈伯德模型，一個描述晶格中電子相互作用的簡化理論框架，已成為研究這種現(xiàn)象的關(guān)鍵工具。

最近在《科學(xué)》雜志上發(fā)表的一項研究，揭示了哈伯德模型中超導(dǎo)電性和一種稱為條紋的特定電子有序模式之間的相互作用。他們的發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了一些之前的假設(shè)，并為理解高溫超導(dǎo)體這一復(fù)雜領(lǐng)域提供了寶貴的見解。

哈伯德模型是一個晶格模型，描述了電子在材料中的原子站點之間跳躍。它考慮了占據(jù)相同站點電子之間的現(xiàn)場排斥力，模擬了庫侖相互作用。這個模型抓住了電子之間強(qiáng)相關(guān)性的本質(zhì)，這是高溫超導(dǎo)體的一個關(guān)鍵特征。通過調(diào)整電子的數(shù)量(摻雜)，科學(xué)家們可以探索不同的機(jī)制——空穴摻雜(去除電子)和電子摻雜(添加電子)——以及它們對材料特性的影響。(www.ws46.coM)

條紋是材料內(nèi)部電子自組織的排列。在高溫超導(dǎo)體中，條紋由富含電子和貧含電子的交替區(qū)域組成。條紋與超導(dǎo)性之間的關(guān)系一直存在爭議，一些理論表明條紋可能會抑制超導(dǎo)性，而另一些理論則提出它們可能在其出現(xiàn)中發(fā)揮作用。

研究人員采用了一種強(qiáng)大的計算技術(shù)，結(jié)合了兩種先進(jìn)方法，以空前的精度模擬了具有下一近鄰跳躍的哈伯德模型。這兩種方法是密度矩陣重整化群（DMRG）和受限路徑（CP）輔助場量子蒙特卡洛（AFQMC）。這兩種方法是互補(bǔ)的；DMRG在狹窄的圓柱體中表現(xiàn)出色，而CP AFQMC可以處理更寬的圓柱體和環(huán)面。研究中使用的扭曲平均邊界條件至關(guān)重要，有效地采樣了低能態(tài)，并允許推斷到熱力學(xué)極限。

結(jié)果顯示，在哈德伯模型的電子摻雜和空穴摻雜區(qū)域都發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)性。在電子摻雜區(qū)域，超導(dǎo)性較弱，并且在低摻雜水平時與反鐵磁性奈爾相關(guān)性共存。相反，空穴摻雜側(cè)展現(xiàn)出強(qiáng)超導(dǎo)性，并伴隨條紋序，這種條紋序一直持續(xù)到過摻雜區(qū)域，但空穴密度調(diào)制較弱。這些條紋既不像純哈德伯模型中那樣完全填充，也不像之前的計算中那樣半填充，而是在 0.6 到 0.8 之間變化。

新研究提供了令人信服的證據(jù)，證明超導(dǎo)電性和部分填充條紋可以在哈伯德模型**存，這挑戰(zhàn)了條紋與超導(dǎo)性之間簡單對抗關(guān)系的想法。觀察到的摻雜體系差異表明，條紋、超導(dǎo)性和摻雜濃度之間的相互作用在其中起著至關(guān)重要的作用。

該研究的發(fā)現(xiàn)是關(guān)鍵的，因為它們驗證了哈德伯模型在描述銅基高溫超導(dǎo)體方面的適用性。超導(dǎo)性與部分填充條紋的共存為不同量子態(tài)之間的相互作用提供了細(xì)致的理解，并為哈德伯模型的基態(tài)屬性提供了更全面的圖景。

未來的研究方向包括研究條紋影響超導(dǎo)性的微觀機(jī)制。此外，探索其他因素（如材料缺陷和外部壓力）的作用可以提供更全面的高溫超導(dǎo)理解。