近期，我院房鐵峰教授與北京大學孫慶豐教授和中南大學郭愛敏教授⏭➰，首次提出了一個粒子數守恒的微觀理論用于描述介觀超導島的關聯效應和輸運性質。該研究工作近期發表在Nature Index期刊Physical Review B上（T. F. Fang, A. M. Guo, and Q. F. Sun, Phys. Rev. B 106, 075117 (2022)），伟德国际BETVlCTOR官方网站理學院為第一單位。
介觀超導島又稱超導量子點，是一種體積很小的超導體顆粒，具有與宏觀超導體和正常量子點都非常不同的性質。介觀超導島可用于構造超導單/雙電子隧穿晶體管，是基礎物理和器件應用研究的熱點。最近十幾年，利用近鄰效應制備的納米線超導島被認為是實現Majorana費米子的理想體系，吸引了大量的實驗研究。相比實驗研究進展，對介觀超導島的基本理論描述卻并不完善。現有理論研究大多是基于Bardeen-Cooper-Schrieffer平均場近似或Bogoliubov-de Gennes方法。這些方法低估了庫伯對的量子漲落，破壞粒子數守恒，甚至不能給出在确定粒子數下的基态能量，并不适用于研究有極強量子漲落的介觀超導島。能準确描述介觀超導島各種實驗現象的微觀理論模型目前尚未建立起來。
為了解釋已有實驗現象并探索新結果，該課題組直接引入島内庫伯對的産生煙滅算符，提出了一個介觀超導島的新理論模型。該理論模型充分考慮了庫伯對的量子漲落效應，并且保持粒子數守恒。這使得模型可以準确刻畫島内超導配對能和庫侖相互作用的競争。利用數值重整化群方法求解模型，研究人員系統性地研究了介觀超導島的關聯效應和輸運性質。從2e周期到1e周期的庫侖振蕩，從庫侖阻塞到近藤效應，從自旋近藤區到混合價區再到各向導性的電荷近騰相，都很好地解釋了已知實驗結果。同時，新理論還預測體系中存在一種由電子隧穿過程直接誘導的電荷交換場，它能抑制電荷近藤關聯。
這項工作得到了國家自然科學基金項目和國家重點研發計劃項目的資助。
（黃小妹）
論文鍊接：https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.106.075117
