量子自旋液體這一概念一經提出便吸引了眾多物理學家的目光，這不僅源于其應用前景，如高溫超導機理、量子計算，更因為其背后蘊含復雜深刻的物理。經過四十多年研究，人們已經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。
圖1 帶有中子的蜂巢晶格上的自旋液體的激發過程
實驗上對量子自旋液體的探索雖然也取得了一些成果。2016年4月，劍橋及其合作機構的研究人員次在一種結構類似石墨烯的二維材料中測量到被稱為“馬拉約那費米子”的分數化粒子，并且能很好地與Kitaev模型相契合。但是，公認的量子自旋液體存在的實驗證據仍然缺乏，一方面是因為量子自旋液體這種新奇的物質態沒有類似傳統相變所對應的對稱性破缺和序參量，另一方面是因為很多量子自旋液體候選材料無法生長高質量大尺度的單晶樣品，因此阻礙著人們對量子自旋液體的深入研究，使得量子自旋液體在實驗上的實現仍然懸而未決。
經過長時間的艱苦摸索，復旦大學趙俊課題組利用新建成的德國SciDre高溫高壓光學浮區單晶爐成功的生長出了高質量、大尺度的YbMgGaO4單晶樣品，這讓深入研究該樣品的微觀性質成為可能。隨后趙俊老師課題組與陳鋼老師課題組及其合作者利用中子散射技術在量子自旋液體候選材料YbMgGaO4中次觀測到了分數化自旋激發----完整的自旋子激發譜，相關研究論文“Evidence for a spinon Fermi surface in a triangular lattice quantum spin liquid candidate”于2016年12月5日在線發表于《自然》(Nature)雜志(DOI: 10.1038/nature20614)。
圖2 低溫70mK下測得的子自旋激發譜(覆蓋了布里淵區大片區域)
圖3基于自旋子費米面的粒子-空穴激發計算得到的激發譜
這項研究是次在二維三角格子體系中觀測到了完整的自旋子激發譜，表明量子自旋液體領域的研究又前進了一大步，同時也為量子自旋液體的研究注入了新的動力。我們期待趙俊教授在接下來的科研工作中取得更多的成就。
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