在戈薇晶格反铁磁体中发现狄拉克自旋子的光谱证据

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编者注

（a）狄拉克自旋子的圆锥激发示意图和两个自旋子形成的圆锥连续谱。（b）YCu中圆锥自旋激发示意图₃（哦）₆布魯₂[Br_0.33（从）_0.67]。 (c)半峰半宽与能量之间的关系。实线表示线性拟合。 (d) 一些共排列晶体的放大图像，以及两块铜板上共排列样品的前视图。信用：*自然物理学*（2024）。DOI：10.1038/s41567-024-02495-z

一个新的学习，发表在最近一期的自然物理，揭示了人们期待已久的准粒子的出现，类似于遵守相对论狄拉克方程的著名狄拉克粒子。这些被称为狄拉克自旋子的准粒子理论上存在于一种称为量子自旋液态的新型量子态中。

该发现是香港大学物理系理论物理学家周成康博士和孟子阳教授，与中国科学院物理研究所实验物理学家曾振元和李诗良教授以及日本 J-PARC 中心的中岛健二教授合作的成果。

准粒子是一种有趣的实体，它源自材料内部的集体行为，可以像一组粒子一样处理。具体来说，狄拉克自旋子有望表现出与高能物理中的狄拉克粒子以及石墨烯和量子莫尔材料中的狄拉克电子相似的独特特性，例如能量和动量之间的线性色散关系。但在这项研究之前，这种自旋为 1/2 的电荷中性准粒子从未在量子磁体中见过。

“在量子磁体中找到狄拉克自旋子一直是一代又一代凝聚态物理学家的梦想；现在我们已经看到了它们的证据，人们可以开始思考这种高度纠缠的量子材料无数的潜在应用。

“谁知道呢，也许有一天人们会用它建造量子计算机，就像人们在过去半个世纪里用硅所做的那样，”香港大学物理学家、该论文的通讯作者之一孟教授说。

该团队的研究重点是一种名为 YCu 的独特材料₃-Br，其特征是 kagome 晶格结构，从而导致这些难以捉摸的准粒子的出现。

先前的研究暗示了这种材料表现出量子自旋液体状态的潜力，使其成为探索的理想候选者。为了能够观察到YCu中的自旋子₃研究团队克服了诸多挑战，收集了约 5,000满足非弹性中子散射等实验的要求。

利用这种先进的技术，研究小组探测了材料的自旋激发，并观察到了有趣的圆锥形自旋连续模式，让人想起典型的狄拉克锥体。虽然由于实验限制，直接检测单个自旋子被证明具有挑战性，但该团队将他们的发现与理论预测进行了比较，揭示了表明材料中存在自旋子的独特光谱特征。

YCu 中的自旋激发₃（从）₆[Br_0.33（从）_0.67]通过中子散射测量。 e,f，INS 结果的强度等值线图，作为 E 和 Q 的函数，沿 [H, 0] 方向在 0.3 K (e) 和 30 K (f) 处。信用：自然物理（2024）。DOI：10.1038/s41567-024-02495-z
Kagome 晶格上的线性自旋波预测：a 和 b 显示了未引入无序效应的自旋谱。 c和d显示具有相同参数的光谱，但引入无序效应以拟合实验结果。 e和f显示了不同种类无序的光谱。信用：自然物理（2024）。DOI：10.1038/s41567-024-02495-z

寻找狄拉克自旋子激发的光谱证据一直是一个挑战。这一发现为狄拉克量子自旋液态的存在提供了令人信服的证据，这类似于划破量子自旋液态光谱研究迷雾的清晰呐喊。

这些发现不仅增进了我们对凝聚态物理的基本理解，而且为进一步探索 YCu 的性质和应用打开了大门₃。

量子自旋液态的特征是存在分数自旋激发，可能与高温超导和量子信息相关。在这种状态下，自旋高度纠缠，即使在低温下也保持无序状态。

因此，研究服从狄拉克方程的自旋子产生的光谱信号将使我们对物质的量子自旋液态有更广泛的理解。这种理解也为其更广泛的应用提供了指导，包括探索高温超导和量子信息。

引文：在 kagome 晶格反铁磁体中发现狄拉克旋子的光谱证据（2024 年，5 月 13 日），2024 年 5 月 23 日检索自 https://webbedxp.com/zh-CN/science/jamaal/news/2024-05-spectral-evidence-dirac-spinons-kagome .html

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