由德克萨斯州高级计算中心的Aaron Dubrow制作
光诱导d波超导实验与理论
(a)铜酸盐中电荷主导相的现有光诱导或增强超导实验示意图
(b)陈承坚等人最近工作中的模拟结果摘要
功劳:王尧、石涛、陈诚坚 平衡在我们的生活中可能很难实现，但它是自然的标准状态
从化学和物理学的角度来看，平衡有点沉闷——至少对伯明翰阿拉巴马大学物理学助理教授陈承坚来说是这样
他的研究试图设计新的物质状态，并通过探索非平衡的可能性来控制这些状态
“我们的主要目标之一是，当我们将电子系统驱动到非平衡态时，我们是否能稳定平衡态中不存在的新相，但在非平衡态时，这些新相可能会占据主导地位，”陈说
“这是非平衡研究中的一个神圣领域
" 最近，在国家科学基金会(NSF)的支持下，陈一直在研究泵浦探测光谱学的效果，该光谱利用超短激光脉冲激发(泵浦)样品中的电子，产生非平衡态，而较弱的光束(探针)监测泵浦引起的变化
陈的理论工作表明，使用这种方法有可能在比以前更高的温度下产生超导性，为革命性的新电子和能源器件打开了大门
陈和来自克莱姆森大学的合作者在2018年的《物理评论快报》中写道，利用泵浦探测系统产生d波超导并使其成为主导相是可能的
在2021年11月发表在《物理评论X》上的一篇最新文章中，陈和王进一步表明，在某些情况下，虽然d波配对强度可以增强，但产生的电子Cooper对变得局域化，而不是长程关联
因此，光诱导超导性可能具有波动性
陈用超级计算机模拟非平衡系统中电子的量子行为
他最近的工作使用了Frontera，这是所有大学中最快的超级计算机，也是世界上第13快的
陈目前是Frontera领导资源分配奖获得者
通常，模拟量子系统需要某种程度的近似
然而，为了揭示光诱导态的空间涨落，陈和王发展了一种新的方法，精确地处理电子相互作用效应和电子-晶格耦合，具有很高的数值精度
他们认为，这种精度对于描述强关联系统的特性有着重要的影响
低温下束缚在一起的库珀对电子的时间相关长度和空间分布
功劳:王尧、石涛、陈诚坚 他说:“在量子材料中，就像过渡金属化合物一样，电子之间的相互作用非常强，因此我们不能再将电子视为独立的粒子。”
他用行驶车辆的类比来解释这种系统
在空无一人的高速公路上，一个人可以随心所欲地驾驶，不依赖于其他汽车
但是在交通堵塞时，一辆车的运动会影响其他所有的车
高度关联系统中的电子陷入了巨大的交通堵塞，这赋予了它们独特的、潜在可控的特性
陈使用一种叫做大规模矩阵对角化的方法来计算单个电子的行为，大规模矩阵对角化是一种基本的线性代数运算，在科学计算中有着广泛的应用，而科学计算恰好是高度计算密集型的
他构建的追踪电子的矩阵是巨大的——340亿乘以340亿，或者超过1万亿个元素——并且只能在Frontera大小的计算机上研究，并行使用超过数万个处理器
“这是一个真正的量子多体模拟，在处理相互作用时没有近似值，”他解释道
第一步是识别物质潜在的新阶段——包括被称为s波、d波和p波的奇异状态
下一步是产生和控制这些阶段
他解释说:“我们可以抑制一些相位，诱导新的相位，并通过控制激光的频率和振幅，用激光泵选择性地控制物质的相位。”
超导听起来像科幻小说，但它已经是量子计算机的重要组成部分，如IBM Q、磁悬浮列车和磁共振成像机
然而，使用超导的应用并不广泛
“材料需要保持在非常冷的温度下才能表现出超导性，这需要大量的能量，”陈说
“找到某种稳定超导体的方法，即使是作为一种短暂的状态，也将为应用开辟更多的机会
" 陈说，通过Frontera，他有能力模拟非平衡系统在极短的时间内会发生什么
“这将帮助我们理解并最终控制下一代技术的不同新颖阶段
"
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