上海交通大学马杰教授团队与合作者：三角晶格 NaYbS2的 量子自旋液体态的磁场效应

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Citation

Magnetic field effects on the quantum spin liquid behaviors of  

Jiantao Wu, Jianshu Li, Zheng Zhang, Changle Liu, Yong Hao Gao,Erxi Feng,Guochu Deng, Qingyong Ren, Zhe Wang, Rui Chen, Jan Embs, Fengfeng Zhu, Qing Huang, Ziji Xiang, Lu Chen, Yan Wu, E. S. Choi, Zhe Qu, Lu Li, Junfeng Wang, Haidong Zhou, Yixi Su, Xiaoqun Wang, Gang Chen, Qingming Zhang* & Jie Ma*

Quantum Frontiers 1, 13 (2022)  

https://link.springer.com/article/10.1007/s44214-022-00011-z

研究背景

有别于传统的磁有序磁体，量子自旋液体具有在零温下也不会磁长程有序的量子形态。诺贝尔获得者P. W. Anderson在1973年首次提出相关的基本概念并将其运用到高温超导体的理论解释之中。作为凝聚态强关联物理的重要前沿之一，该方向的研究不仅可以促进现代凝聚态实验和理论的发展，还能对超导、量子器件、量子计算和低能耗材料应用等方面产生影响。

但是受限于材料制备及表征手段，有关量子自旋液体的研究一直缺乏直观、有效、精确的实验支持，理论建模远远领先于实验研究。近年来，随着材料生长技术和测试技术精度的提高，实验方面的研究工作得到了极大的促进，一系列量子自旋液体候选材料得到报道，也取得了突破：例如针对三角晶格 ；蜂巢晶格 和 等等。

研究亮点

1.本文系统研究了三角晶格硫化物 在磁场下的丰富量子态，利用磁化、比热和中子衍射等技术构建了相关的温度、磁场相图，并表征了相关的量子态磁结构；

2.利用非弹性中子散射，测量了 的自旋动力学谱图随磁场的变化关系，特别是由无能隙态变成了有能隙态，体现了阻挫、量子及磁场效应之间的相互作用与竞争关系。

研究进展

     来自上海交通大学的马杰教授团队与兰州大学、中科院物理所合作，依托国家脉冲强磁场科学中心、中国科学院强磁场科学中心、美国强磁场科学中心、美国橡树岭国家实验室、澳大利亚核科学和技术组织、瑞士保罗·谢尔研究所、德国于利希中子科学中心等国内外大科学装置中心与中国科学技术大学、香港大学、美国田纳西大学、密西根大学等高校共同对三角晶格硫化物 在磁场下的丰富量子态相变开展研究，确定了磁场—温度相图，在表征了磁结构的同时，探讨了相关动力学并开展了调控方面的尝试。该研究不仅表明 有别于费米面量子自旋液体的其他硫族 和 ，而是一种狄拉克锥量子自旋液体，而且为判定磁场诱导的磁相变的提供了实验依据。

图文导读

图1. (a)  的晶体结构示意图；(b-c) 粉末及单晶衍射随温度及磁场的变化；(c)  在6T的磁结构示意图。

通过中子粉末/单晶衍射确定了 在零场下的量子自旋液体行为及磁场诱发的磁相变。

图2. (a-d)  在磁场和温度下的磁化率、磁扭矩、比热；(d)  的温度—磁场相图。

通过物性表征（磁化率、磁扭矩、比热）确定了 的温度—磁场相图。

图3. (a-b)  在零场和6T下的自旋动力学；(c-d)  在零场下随温度、磁场变化的倒空间Q图及能量图。

通过零场和6T下的自旋动力学对比，我们可以得出磁场对能隙的影响，并发现 在零场下的狄拉克锥量子自旋液体行为。

作者简介

第一作者

吴江涛  博士研究生

上海交通大学物理与天文学院

共同第一作者

张政  博士研究生

李建树  硕士研究生

中国人民大学物理系

通讯作者

马杰 特别研究员

博士生导师、国家级青年人才

上海交通大学物理与天文学院

主要研究方向

• 凝聚态物理，材料生长、物性表征、中子散射。

主要研究成果

• 主持国家自然科学基金面上、联合、重点及科技部重点研发子课题负责人,以一作或通讯作者发表PRL、AM、Nature Nano.等文章50余篇。

• 担任教育部、国家自然科学基金、地区基金，以及物理、化学、材料领域50多个杂志的期刊审稿人。

• Email：[e-mail]

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往期回顾

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