量子物理学：極低温原子のフェルミオンはしごにおける磁性を介した正孔対形成

従来型超伝導は、フォノンに媒介された電荷キャリア（電子や正孔）の対形成によって生じる。多くの非従来型超伝導体では、こうした対形成機構は、ドープされた反強磁性体における可動電荷のモデルによって捉えられているように、磁気相関によって媒介されると推測されている。しかし、その根底にある機構は実際の物質ではまだ正確に理解されておらず、過去40年にわたって実験的研究と理論的研究が行われてきた。初期の理論的研究では、はしご系におけるドーパントの磁性媒介性対形成が予測されており、理想化された理論トイモデルによって、斥力相互作用にもかかわらず対形成が生じ得る仕組みが説明された。今回我々は、この長年の理論的予測を実験的に観測し、極低温原子の量子ガスにおける磁気相関に起因する正孔対形成を報告する。我々は、混合次元カップリングを用いて、ドープした反強磁性はしごを操作することによって、短い長さスケールでの正孔のパウリブロッキングを抑制した。その結果、結合エネルギーが著しく増大して対サイズが小さくなり、これによってはしごの同じ段を占有する正孔対の観測が可能になった。正孔と正孔の結合エネルギーは超交換エネルギーのオーダーであることが見いだされ、ドーピングを増やすと、束縛された正孔対間の斥力を示す対分布の空間構造が観測された。我々は、結合が強くなるように配置を操作することによって、超伝導の臨界温度を高める戦略を示す。

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