Оркестр, где каждый музыкант играет свою партию, не слушая других. Вдруг, без видимого приказа, соседи по пульту начинают идеально синхронизироваться, но общей мелодии ещё нет. Нечто подобное происходит в некоторых материалах при охлаждении: электроны теряют энергию, словно готовясь к сверхпроводимости, но так в неё и не переходят. Это состояние называют псевдощелью, и оно оставалось загадкой десятилетиями.
Авторы работы взглянули на проблему через призму запутанности — квантовой связи, при которой частицы перестают быть независимыми. С помощью симулятора из ультрахолодных атомов (облака частиц, охлаждённого почти до абсолютного нуля) они измеряли, как запутываются спины электронов — их крошечные магнитные моменты. Оказалось, что особая запутанность, где спины двух соседей образуют пару с нулевым суммарным моментом, возникает именно в момент появления псевдощели. И, в отличие от обычных корреляций, она не распространяется дальше ближайших соседей.
Этот результат наносит удар по теориям, которые объясняли псевдощель классическими флуктуациями — например, колебаниями зарядовой плотности. Если бы флуктуации были классическими, запутанность не ограничивалась бы соседями. Теперь учёным придётся строить модели, где квантовые связи между ближайшими атомами играют главную роль. Так оркестр электронов, ещё не заигравший симфонию сверхпроводимости, уже настраивается парами, и эта настройка — чисто квантовый эффект.
как её написали авторы, на английском arXiv:2605.31240
Despite decades of intense theoretical and experimental investigation, the two-dimensional Fermi-Hubbard model still resists a complete microscopic understanding. Conventional approaches typically probe global observables and locally resolved correlation functions. Here, we develop a complementary perspective based on the measurement of entanglement. Using both an ultracold-atom quantum simulator and numerical simulations based on the dynamical vertex approximation, we find that entanglement is closely tied to the onset of the enigmatic pseudogap regime: spin-singlet entanglement emerges only as the pseudogap sets in and, in contrast to classical correlations, remains confined to nearest-neighbour sites in this regime. Our results, therefore, disfavour purely classical-fluctuation theories of the pseudogap and constrain microscopic models to those that develop nearest-neighbour spin-singlet entanglement at the pseudogap onset.
Ультрахолодные атомы в симуляторе охлаждают до температуры в миллиардные доли градуса выше абсолютного нуля — это холоднее, чем в межзвёздном пространстве.