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李政道研究所吴建达团队在准一维材料的量子相变研究中取得突破

近日,李政道研究所李政道学者吴建达的理论团队与中国人民大学于伟强教授的核磁共振实验团队共同合作,在国际权威物理学期刊《物理评论快报》上,以“Quantum Criticality of the Ising-like Screw Chain Antiferromagnet SrCo2V2O8 in a Transverse Magnetic Field”为标题发表最新研究成果【Phys. Rev. Lett. 123, 076203 (2019)】。学者吴建达为该合作理论部分唯一通讯作者,李政道研究所博士后邹海源为文章第二作者。于伟强教授及中国科学院福建物质结构研究所何长振研究员为该合作实验部分共同通讯作者。复旦大学物理系及南京人工微结构科学与技术协同创新中心为合作单位。

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在量子相变点附近,由于多体量子涨落及热涨落之间的强烈竞争,会伴随有丰富的量子临界行为。一维横场伊辛模型作为研究量子相变和量子临界的一个经典模型,近几十年来得到了广泛的研究。该研究工作借助于超低温核磁共振(NMR)测量方法,研究了在沿a轴([100]方向)外加磁场作用下,准一维类伊辛螺旋链反铁磁体SrCo2V2O8中的量子临界行为。结果显示,在沿着a轴加外磁场时,SrCo2V2O8中的奈尔(Néel)温度会随外磁场增强而迅速且连续地降低,并在外磁场达到7.03T附近时产生了三维量子相变。有趣的是,当外磁场达到7.7T附近时,通过分析低温下磁场依赖的自旋-晶格弛豫行为的双峰结构及其温度依赖行为,发现在7.7T附近会有无能隙激发的第二个量子临界点产生。实验数据结合相应的有效一维自旋模型的数值计算表明,外加磁场在晶体内所诱导的有效交错横场([010]方向)会显著降低量子临界场,进而产生了属于一维横场伊辛普适类的第二个量子临界点。

本文对SrCo2V2O8的核磁共振研究首次在实验中揭示了该材料在横向场中的两个量子临界点。文章详细的研究了三维相变温度、无序区过渡温度及自旋动力学标度行为,展示了在两个量子临界点上各自独特的量子临界行为。研究工作进一步指出,有效交错磁场的新效应使得一维和三维量子临界点可以在低场之下实现分离。这种一维量子临界点可以在低磁场下暴露在三维有序相外,为实验研究一维横场伊辛模型的量子临界行为开辟了一条新的途径。

在该合作研究中李政道学者吴建达得到了上海人才计划的支持。

靳小芊
李政道研究所
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