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[交大智慧]二维光晶格中极化冷分子气体的量子顺磁基态研究获进展[图]
[发布时间]: 2017年08月08日
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[责任编辑]: 杨洋

[编者按]一百多年来,交大人用知识和智慧创造累累硕果,谱写了近现代史上的诸多“第一”。这是人才培养的智慧、科学研究的智慧、服务社会的智慧、为国争光的智慧。新闻网特推出“交大智慧”专栏,聚焦交大人的智慧之光,展现交大人为国家发展和社会进步作出的重大贡献。

近日,上海交通大学物理与天文学院Wilczek量子中心和李政道研究所讲席教授刘文胜、博士后邹海源,以及美国乔治梅森大学赵二海教授合作研究探索基于偶极子冷分子量子气体的长程相互作用自旋模型,结合多体解析理论和数值模拟方法,发现在基态条件下“自旋液体相”强有力证据。该项工作发表在Phys. Rev. Lett. (DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.119.050401)。论文题目:Frustrated Magnetism of Dipolar Molecules on a Square Optical Lattice: Prediction of a Quantum Paramagnetic Ground State。 

强关联多体体系是凝聚态物理中一重要研究领域,量子自旋液体相是其中最热门重大研究前沿之一。因其在绝对零温下不具有长程序但具备长程纠缠和非局域激发态等特性,成为人们关注的基本物理对象,并为人们以规范场论和拓扑序为工具研究各种丰富的量子相提供了平台。目前,有相当丰富的理论研究指出固体材料系统中阻挫磁性条件下有望发现该奇异量子相。然而,多年的发展经历却似乎显示在固体材料中完全实现量子自旋态仍有很大的难度。因此,对可实现具有量子自旋液体相基态的理论模型的新物理系统的研究已成为重要突破口。近年来冷原子物理学领域内光晶格下磁性原子和电极化分子的重大实验突破实现了对具有各向异性长程序格点自旋模型的制备,从而为人们进一步实现量子自旋态提供了全新的可能。 

研究团队特别针对在光晶格下KRb等电极化分子有重大突破的实验系统,以简单而易实现的正方格子为研究出发点,具体深入分析了具有长程相互作用各向异性的极化粒子组成的自旋1/2海森堡模型。文中指出,通过外加电场连续调节极化分子的极化方向可实现大参数范围的阻挫模型。他们通过Schwinger boson和spin-wave expansion两种自洽场论方法以及基于变分的张量网格数值方法得出相图。其中,在Neel相,stripe相,和spiral相之间存在与“自旋液体相”现象相符的展示顺磁性质的量子自旋基态。此模型具有与J1-J2模型相似的阻挫特性,但其各向异性的特性使其更加丰富。该工作为本领域提出了一种不需要借助于三角或Kagome等复杂晶格子而实现量子自旋液体相的新的研究方向。 

本研究受到上海市科技局(Grants No. 16DZ2260200),国家基金委数理科学部海外及港澳学者合作研究基金(延续资助)项目(Grant No. 11429402),中国科学院战略先导科技专项(Grant No. XDB21010100)以及美国有关基础科学基金项目等支持。 

 

[作者]: 刘文胜 
[摄影]:
[供稿单位]: 物理与天文学院
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