兆高斯强磁场揭开Kitaev材料量子自旋液体的面纱
量子自旋液体是一种特殊的量子物质形态,其基本概念最早由P. W. Anderson在1973年提出(恰逢50周年)。这种物质形态具有以下特点:降温至零温也不会发生对称性自发破缺,即不存在长程序的有序结构;具有高纠缠度的量子态和新奇的任意子激发,在量子信息处理如拓扑量子计算方面具有潜在的应用价值;与传统的对称破缺有序相不同,量子自旋液体具有拓扑序,其描述超越了传统的Landau范式。在Alexei Kitaev提出著名的六角晶格模型之后[1],人们从理论上确认了这种新颖量子物态存在的可能性。难能可贵的是,Kitaev自旋液体不仅仅存在于理论模型,在强自旋-轨道耦合材料中也有望被实现[2],因此在理论和实验两方面都引发了研究兴趣。
这项工作于2023年9月12日以“Possible intermediate quantum spin liquid phase in α-RuCl3 under high magnetic fields up to 100 T ”为题在线发表于《自然·通讯》(Nature Communications),论文的合作者还包括东京大学强磁场实验室Y. Matsuda教授、博士后周旭光,9001cc金沙大学卡弗里理论科学研究所苏刚教授、博士后李涵等。原文链接如下: https://www.nature.com/articles/s41467-023-41232-7。该工作获得国家自然科学基金优青项目和面上项目、人社部博新计划、9001cc金沙基础研究领域稳定支持青年团队等的资助。
参考文献:
[1] Kitaev, A. Anyons in an exactly solved model and beyond. Ann. Phys. 321, 2 (2006).
[2] Jackeli, G. & Khaliullin, G. Mott insulators in the strong spin-orbit coupling limit: From Heisenberg to a quantum compass and Kitaev models. Phys. Rev. Lett. 102, 017205 (2009).
[3] Banerjee, A. et al. Neutron scattering in the proximate quantum spin liquid α-RuCl3. Science 356, 1055 (2017).
[4] Li, H. et al. Identification of magnetic interactions and high-field quantum spin liquid in α-RuCl3. Nat. Commun. 12, 4007 (2021).
[5] 2021年理论物理所重要科研进展系列(十三):多体计算破译Kitaev量子材料磁性“基因”并预言强磁场自旋液体态,链接:https://mp.weixin.qq.com/s/y7vjl4FUdJnQr6LcLT4gpQ