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清華大學在高自旋姚-李模型研究中取得重要突破
2024年12月07日 16:41:58
來源：化工儀器網(wǎng) 點擊量：4896
這一研究成果不僅為探索新奇拓撲物態(tài)提供了新的方向，還有望推動拓撲量子計算及新型材料設計領域的發(fā)展。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】近日，清華大學高等研究院姚宏研究組在量子物理領域取得了重要進展，他們首次提出了高自旋的姚-李模型(Yao-Lee model)，并詳細闡述了該模型的基態(tài)是一種新奇的量子自旋軌道液體(quantum spin-orbital liquid)。這一研究成果不僅為探索新奇拓撲物態(tài)提供了新的方向，還有望推動拓撲量子計算及新型材料設計領域的發(fā)展。
量子自旋軌道液體是一類具有長程量子糾纏的新奇量子物態(tài)，因其豐富而獨特的物理性質(zhì)，如拓撲序、任意子激發(fā)、去禁閉的分數(shù)化激發(fā)等，在過去幾十年間引起了不同領域物理學家的廣泛關注和深入研究。然而，與傳統(tǒng)的自發(fā)對稱性破缺相不同，量子自旋軌道液體的實現(xiàn)通常要求量子體系滿足更為嚴苛的條件，如足夠強的自旋或軌道阻挫，這使得在材料預測和實驗驗證中確定量子自旋軌道液體具有挑戰(zhàn)性。此外，目前理論上已知能夠?qū)崿F(xiàn)這種量子物態(tài)的二維微觀晶格模型仍然非常稀少。
姚宏研究組在研究中將自旋1/2的姚-李模型推廣到高自旋，并證明其基態(tài)具有非平庸的拓撲序。自旋S=1/2的姚-李模型由姚宏教授和加州大學伯克利分校的李東海教授于2011年提出，在先前研究中被發(fā)現(xiàn)具有嚴格可解性，其拓撲激發(fā)可具有自旋對稱性保護的多重馬約拉納零能模。然而，高自旋的姚-李模型的基態(tài)目前尚不能被嚴格求解，姚宏研究組通過分析高自旋的姚-李模型的嚴格的規(guī)范結(jié)構(gòu)，證明其基態(tài)必定為拓撲非平庸的量子自旋軌道液體。
更進一步，研究通過可控的理論分析，論證了這些高自旋模型可實現(xiàn)無能隙甚至非阿貝爾的量子自旋軌道液體相，并構(gòu)造了嚴格的去禁閉非阿貝爾自旋分數(shù)化激發(fā)。這一發(fā)現(xiàn)有望為拓撲量子計算提供新的前景。
這一研究得到了國家自然科學基金委員會理論物理專項、科技部重點研發(fā)項目、新基石科學基金會“科學探索獎”、清華大學水木學者計劃等的資助。姚宏研究組的研究成果不僅為量子物理領域帶來了新的突破，也為未來拓撲量子計算和新型材料設計領域的發(fā)展提供了新的思路和方向。
相關研究成果以Exact Deconfined Gauge Structures in the Higher-Spin Yao-Lee Model: A Quantum Spin-Orbital Liquid with Spin Fractionalization and Non-Abelian Anyons為題，于近日發(fā)表于《物理評論快報》(Physical Review Letters)。清華大學高等研究院博士后武爭志(現(xiàn)為牛津大學博士后)和2018級博士生張景云為論文共同第一作者，教授姚宏為論文通訊作者。
來源：清華大學
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