人大、中科院发文Science！去禁闭量子临界点的重要突破

光子盒研究院出品

去禁闭量子临界点 (deconfined quantum critical point, DQCP) 是量子物质科学新范式的先例，超越了传统的，以序参量和对称性破缺为圭臬的朗道-金兹伯格-威尔森 (Landau-Ginzburg-Wilson, LGW) 相变和物态分类理论框架，体现着分数化、物质场和规范场耦合、演生连续对称性等量子物质科学新范式的基本思路。

去禁闭量子临界点，长期以来一直作为一个理论上的可能性而存在，2007年波士顿大学的 Anders Sandvik 教授（中文名善德伟），设计出量子磁学 J-Q 模型，并用量子蒙特卡罗模拟来研究其性质，这个可能性才渐渐落到实处，引起了多体理论计算和量子磁学实验领域对于这个问题的广泛关注。

然而，即使可以进行数值计算，去禁闭量子临界行为本身的难度和广度仍然让人生畏。十几年过去了，仍有几个基本的问题困扰着理论-数值-实验的整个领域，这些问题包括：

1）去禁闭量子临界点，作为一个连续相变，在J-Q 模型或者其他人为设计的模型中是否真正存在？
2）理论上预言的，在这个临界点上的演生连续对称性是否存在？
3）要在量子磁性材料中子散射实验中观察到去禁闭量子临界现象，应该寻找怎样的谱学信号？

前两条作为理论上根本性的问题，十几年来一直被激烈地争论着、一时没有停息的迹象。

论文以《SrCu2(BO3)2中的近似去禁闭量子临界点(Proximate deconfined quantum critical point in SrCu2(BO3)2)》为题，发表在《科学》期刊上。
5月25日，中国人民大学 Yi Cui、Huihang Lin、Rong Yu、于伟强Weiqiang Yu等，中科院物理所Lu Liu、Anders W. Sandvik等，在Science上发文，通过对量子磁体SrCu₂(BO₃)₂的高压核磁共振测量，证明了在1.8GPa以上的低温（Tc≃0.07K）时，磁场诱导四聚体态plaquette-singlet-单线态到反铁磁的转变。一级跃迁特征随着压力的增加而减弱，并且在最高压力2.4GPa处，观察到了量子临界标度。

实验概述。图a是SrCu₂(BO₃)₂平面的原子结构。

示意性相位图和量子临界点(DQCP)的情景。

核磁共振图谱和线偏移。AFM转换 在T = 0.07 K时，NMR中心线随着H的增加而分裂，在a和b中分别显示了P = 2.1 GPa和2.4 GPa。

自旋晶格弛豫。

自旋间隙和出现的对称性。
此次实验中，团队在磁场中对SrCu₂(BO₃)₂进行的高压核磁共振实验建立了第一个实现DQCP现象的量子磁体案例：在此之前，这只存在于场理论和模型研究的领域。
在论文中，团队表示：“我们认为，对Tc的明显抑制和没有明显的PS间隙不连续是附近的DQCP产生的新兴O（3）对称性的后果。在最高压力（2.4GPa）下，1/T1在0.2和2K之间的T表现出临界缩放，表明足够接近DQCP（它可能是多临界类型），以实现过渡的间隙PS侧的特征量子临界。在过渡的无间隙侧的强三维AFM订购效应(AFM ordering effect)掩盖了1/T1的推定量子临界性，但AFM订购温度TN消失的方式与PS订购TP非常相似，再次支持秩序参数的出现对称性。”
“在这里达到的最高压力之外，一个合理的情况是PS和AFM相之间的QSL：我们的实验并没有直接解决QSL。未来，进一步的调查应该阐明2.6和3GPa之间的低T，H=0状态（在那里没有检测到秩序order），以及当H接近5.7T时的演变，我们目前的实验指出DQCP略高于2.4GPa。”
参考链接：[1]https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAwNTA5NTYxOA==&mid=2650863930&idx=4&sn=595ad8c8f92424e0feb652a391e4bdad&scene=21#wechat_redirect[2]https://mp.weixin.qq.com/s/LYDTl9pd03JKLQgt23bGPQ[3]https://www.science.org/doi/10.1126/science.adc9487

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