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于伟强教授课题组在一维Ising量子相变的实验研究中获得重要进展

| 2019-11-18

近日,中国人民大学物理系于伟强教授课题组和俞榕教授课题组、李政道研究所吴建达课题组等多个团队合作,首次在低磁场中发现了一维横场Ising模型量子临界点。该研究成果以“Quantum Criticality of the Ising-like Screw Chain Antiferromagnet SrCo2V2O8 in a Transverse Magnetic Field”为题于2019年8月发表在《物理评论快报》上。

在量子相变点附近,由于量子涨落和热涨落相互竞争,在量子临界区域会出现新奇的物理现象。一维横场Ising模型作为研究量子相变最经典的模型,得到了广泛的关注。但是在实验上,由于链与链之间总会存在一定的耦合,一维量子临界点经常被三维性质掩盖。

于伟强教授课题组对准一维Ising螺旋链反铁磁材料SrCo2V2O8进行了极低温的核磁共振和磁化率的测量,研究了当磁场加在a方向([100]方向)时的量子临界行为。实验和理论结果表明,横向磁场会产生了一个两格点周期的有效交错场,从而快速压制反铁磁序。当磁场增加到7T时,反铁磁序被完全压制,对应于系统出现了三维量子相变;而通过极低温下核磁共振谱和磁场依赖的自旋晶格弛豫率的双峰结构,发现在7.7T出现了第二个量子临界点。低温交流磁化率的扫场数据也发现7T和7.7T的两个相变特征。通过转变温度和磁场的标度律(上图所示)以及数值计算,证明了7.7T对应于一维Ising量子临界点,并具有一维横场Ising模型的普适性。另外,通过自旋晶格弛豫率的温度依赖关系证明了在两个临界点上都是无能隙激发,而远离临界点处都是有能隙激发。这是借助于特殊的晶体结构和有效交错场,首次在低磁场实现一维横场Ising模型量子临界点,为之后的研究开辟了一条新途径。

中国科澳门赌博平台福建物质结构研究所何长振研究员团队为该工作提供了高质量的单晶材料,李政道研究所吴建达课题组和中国人民大学俞榕教授课题组提供了重要的理论计算,复旦大学物理系殳蕾课题组提供了部分实验支持。中国人民大学博士生崔祎为该论文第一作者,于伟强教授,吴建达教授和何长振教授为共同通讯作者。该工作得到了科技部、国家自然科学基金、以及中国人民大学研究基金的支持。

论文信息:Y. Cui, H. Zou, N. Xi, Z. He*, Y. X. Yang, L. Shu, G. Zhang, Z. Hu, T. Chen, R. Yu, J. Wu*, and Weiqiang Yu*, Phys. Rev. Lett. 123, 067203 (2019).