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《自然•物理》发表量子材料科学中心王垡及合作者的工作“FeSe中的向列量子顺磁性”
发布日期:2020-05-13浏览次数:

大部分铁基超导的母体在有限温度会有“向列”相变,在此温度之下晶格的四重旋转对称性会自发破缺,而在此相变温度下略低或相同的温度会发生条纹反铁磁相变。所以通常认为这些铁基材料中的向列相是由反铁磁关联驱动。

但是FeSe体材料的行为与典型的铁基超导材料非常不同。FeSe在90K温度有向列相变,但直到可以测量的最低温度都没有磁性长程序。最近的核磁共振研究在向列相变温度附近也没有看到低能自旋涨落的增强。基于这些结果,一些人推测FeSe中的向列相和磁性无关而可能是由轨道序驱动。

北京大学物理学院的王垡研究员和斯坦福大学的Kivelson教授以及加州大学伯克利分校的李东海教授最近合作提出了对FeSe中向列相起源的不同理解。他们通过理论论证和数值计算提出正方晶格上自旋为1的阻挫自旋模型可以有一种“向列量子顺磁相”。这个相自发地破缺晶格的四重旋转对称性,但是有自旋能隙,所以没有接近零能的自旋涨落。王垡及合作者指出这种物相可以解释FeSe体材料的不寻常物性,并且预言FeSe会在条纹反铁磁序和交错反铁磁序的两种波矢都具有有限能量的低能自旋涨落。该工作已在《自然•物理》上发表 [Nature Physics 11, 959 (2015)]。

左图:两个向列量子顺磁态的原型波函数示意图。蓝色直线上的自旋1磁矩构成AKLT自旋链。右图:自旋1的J1-J2海森堡模型在4x4晶格上的自旋(S=1)能隙和零自旋(S=0)能隙。在J2/J1接近0.6的区域自旋能隙较大而零自旋能隙非常小,预示了热力学极限下的向列量子顺磁基态。

这项研究受到国家重大科学研究计划、国家自然科学基金的支持。