量子自旋液體這概念經(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(guò)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(guò)程

    實(shí)驗(yàn)上對(duì)量子自旋液體的探索雖然也取得了些成果。2016年4月，劍橋及其合作機(jī)構(gòu)的研究人員在種結(jié)構(gòu)類(lèi)似石墨烯的二維材料中測(cè)量到被稱(chēng)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，*的量子自旋液體存在的實(shí)驗(yàn)證據(jù)仍然缺乏，方面是因?yàn)榱孔幼孕后w這種新奇的物質(zhì)態(tài)沒(méi)有類(lèi)似傳統(tǒng)相變所對(duì)應(yīng)的對(duì)稱(chēng)性破缺和序參量，另方面是因?yàn)楹芏嗔孔幼孕后w候選材料無(wú)法生長(zhǎng)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(guò)長(zhǎng)時(shí)間的艱苦摸索，復(fù)旦大學(xué)趙俊教授課題組用新建成的德國(guó)SciDre高溫高壓光學(xué)浮區(qū)單晶爐成功的生長(zhǎng)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(guān)性質(zhì)成為可能。隨后趙俊教授課題組與陳鋼教授課題組及其合作者用中子散射技術(shù)在量子自旋液體候選材料YbMgGaO4中觀(guān)測(cè)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(xiàn)發(fā)表于《自然》（Nature）雜志（DOI: 10.1038/nature20614）。  

圖2  低溫70mK測(cè)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

    該項(xiàng)研究是在二維三角格子體系中觀(guān)測(cè)到了完整的自旋子激發(fā)譜，表明量子自旋液體域的研究又前進(jìn)了大步，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(lái)的科研工作中取得更多的成就。