李政道研究所吳建達團隊在準一維材料的量子相變研究中取得突破

近日，李政道研究所李政道學者吳建達的理論團隊與中國人民大學於偉強教授的核磁共振實驗團隊共同合作，在國際權威物理學期刊《物理評論快報》上，以「Quantum Criticality of the Ising-like Screw Chain Antiferromagnet SrCo2V2O8 in a Transverse Magnetic Field」為標題發表最新研究成果【Phys. Rev. Lett. 123, 076203 (2019)】。學者吳建達為該合作理論部分唯一通訊作者，李政道研究所博士後鄒海源為文章第二作者。於偉強教授及中國科學院福建物質結構研究所何長振研究員為該合作實驗部分共同通訊作者。復旦大學物理系及南京人工微結構科學與技術協同創新中心為合作單位。

 

在量子相變點附近，由於多體量子漲落及熱漲落之間的強烈競爭，會伴隨有豐富的量子臨界行為。一維橫場伊辛模型作為研究量子相變和量子臨界的一個經典模型，近幾十年來得到了廣泛的研究。該研究工作藉助於超低溫核磁共振(NMR)測量方法，研究了在沿a軸（[100]方向）外加磁場作用下，準一維類伊辛螺旋鏈反鐵磁體SrCo2V2O8中的量子臨界行為。結果顯示，在沿著a軸加外磁場時，SrCo2V2O8中的奈爾（Néel）溫度會隨外磁場增強而迅速且連續地降低，並在外磁場達到7.03T附近時產生了三維量子相變。有趣的是，當外磁場達到7.7T附近時，通過分析低溫下磁場依賴的自旋-晶格弛豫行為的雙峰結構及其溫度依賴行為，發現在7.7T附近會有無能隙激發的第二個量子臨界點產生。實驗數據結合相應的有效一維自旋模型的數值計算表明，外加磁場在晶體內所誘導的有效交錯橫場（[010]方向）會顯著降低量子臨界場，進而產生了屬於一維橫場伊辛普適類的第二個量子臨界點。

本文對SrCo2V2O8的核磁共振研究首次在實驗中揭示了該材料在橫向場中的兩個量子臨界點。文章詳細的研究了三維相變溫度、無序區過渡溫度及自旋動力學標度行為，展示了在兩個量子臨界點上各自獨特的量子臨界行為。研究工作進一步指出，有效交錯磁場的新效應使得一維和三維量子臨界點可以在低場之下實現分離。這種一維量子臨界點可以在低磁場下暴露在三維有序相外，為實驗研究一維橫場伊辛模型的量子臨界行為開闢了一條新的途徑。

在該合作研究中李政道學者吳建達得到了上海人才計劃的支持。