量子自旋液體這一概念一經(jīng)提出便吸引了眾多物理學(xué)家的目光，這不僅源于其應(yīng)用前景，如高溫超導(dǎo)機(jī)理、量子計(jì)算，更因?yàn)槠浔澈筇N(yùn)含復(fù)雜深刻的物理。經(jīng)過四十多年研究，人們已經(jīng)取得了很多理論方面的成果，提出了多種多樣的量子自旋液體的基態(tài)。
圖1 帶有中子的蜂巢晶格上的自旋液體的激發(fā)過程
實(shí)驗(yàn)上對(duì)量子自旋液體的探索雖然也取得了一些成果。2016年4月，劍橋及其合作機(jī)構(gòu)的研究人員次在一種結(jié)構(gòu)類似石墨烯的二維材料中測量到被稱為“馬拉約那費(fèi)米子”的分?jǐn)?shù)化粒子，并且能很好地與Kitaev模型相契合。但是，公認(rèn)的量子自旋液體存在的實(shí)驗(yàn)證據(jù)仍然缺乏，一方面是因?yàn)榱孔幼孕后w這種新奇的物質(zhì)態(tài)沒有類似傳統(tǒng)相變所對(duì)應(yīng)的對(duì)稱性破缺和序參量，另一方面是因?yàn)楹芏嗔孔幼孕后w候選材料無法生長高質(zhì)量大尺度的單晶樣品，因此阻礙著人們對(duì)量子自旋液體的深入研究，使得量子自旋液體在實(shí)驗(yàn)上的實(shí)現(xiàn)仍然懸而未決。
經(jīng)過長時(shí)間的艱苦摸索，復(fù)旦大學(xué)趙俊課題組利用新建成的德國SciDre高溫高壓光學(xué)浮區(qū)單晶爐成功的生長出了高質(zhì)量、大尺度的YbMgGaO4單晶樣品，這讓深入研究該樣品的微觀性質(zhì)成為可能。隨后趙俊老師課題組與陳鋼老師課題組及其合作者利用中子散射技術(shù)在量子自旋液體候選材料YbMgGaO4中次觀測到了分?jǐn)?shù)化自旋激發(fā)----完整的自旋子激發(fā)譜，相關(guān)研究論文“Evidence for a spinon Fermi surface in a triangular lattice quantum spin liquid candidate”于2016年12月5日在線發(fā)表于《自然》(Nature)雜志(DOI: 10.1038/nature20614)。
圖2 低溫70mK下測得的子自旋激發(fā)譜(覆蓋了布里淵區(qū)大片區(qū)域)
圖3基于自旋子費(fèi)米面的粒子-空穴激發(fā)計(jì)算得到的激發(fā)譜
這項(xiàng)研究是次在二維三角格子體系中觀測到了完整的自旋子激發(fā)譜，表明量子自旋液體領(lǐng)域的研究又前進(jìn)了一大步，同時(shí)也為量子自旋液體的研究注入了新的動(dòng)力。我們期待趙俊教授在接下來的科研工作中取得更多的成就。
關(guān)于Quantum Design
Quantum Design是的科研設(shè)備制造商和儀器分銷商，于1982年創(chuàng)建于美國加州圣迭戈。公司生產(chǎn)的 SQUID 磁學(xué)測量系統(tǒng) (MPMS) 和材料綜合物理性質(zhì)測量系統(tǒng) (PPMS) 已經(jīng)成為公認(rèn)的測量平臺(tái)，廣泛的分布于上幾乎所有材料、物理、化學(xué)、納米等研究領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)室。2007年，Quantum Design并購了歐洲大的儀器分銷商LOT公司，現(xiàn)已成為著名的科學(xué)儀器領(lǐng)域的跨國公司。目前公司擁有分布于英國、美國、法國、德國、巴西、印度，日本和中國等地區(qū)的數(shù)十個(gè)分公司和辦事處，業(yè)務(wù)遍及全球一百多個(gè)和地區(qū)。中國地區(qū)是Quantum Design公司活躍的市場，公司在北京、上海和廣州設(shè)有分公司或辦事處。幾十年來，公司與中國的科研和教育領(lǐng)域的合作卓有成效，為中國科研的進(jìn)步提供了先進(jìn)的設(shè)備以及高質(zhì)量的服務(wù)。
