于偉強(qiáng)教授課題組在一維Ising量子相變的實(shí)驗(yàn)研究中獲得重要進(jìn)展
近日，中國人民大學(xué)物理系于偉強(qiáng)教授課題組和俞榕教授課題組、李政道研究所吳建達(dá)課題組等多個(gè)團(tuán)隊(duì)合作，首次在低磁場中發(fā)現(xiàn)了一維橫場Ising模型量子臨界點(diǎn)。該研究成果以“Quantum Criticality of the Ising-like Screw Chain Antiferromagnet SrCo2V2O8?in a Transverse Magnetic Field”為題于2019年8月發(fā)表在《物理評論快報(bào)》上。
在量子相變點(diǎn)附近，由于量子漲落和熱漲落相互競爭，在量子臨界區(qū)域會(huì)出現(xiàn)新奇的物理現(xiàn)象。一維橫場Ising模型作為研究量子相變最經(jīng)典的模型，得到了廣泛的關(guān)注。但是在實(shí)驗(yàn)上，由于鏈與鏈之間總會(huì)存在一定的耦合，一維量子臨界點(diǎn)經(jīng)常被三維性質(zhì)掩蓋。
于偉強(qiáng)教授課題組對準(zhǔn)一維Ising螺旋鏈反鐵磁材料SrCo2V2O8進(jìn)行了極低溫的核磁共振和磁化率的測量，研究了當(dāng)磁場加在a方向([100]方向)時(shí)的量子臨界行為。實(shí)驗(yàn)和理論結(jié)果表明，橫向磁場會(huì)產(chǎn)生了一個(gè)兩格點(diǎn)周期的有效交錯(cuò)場，從而快速壓制反鐵磁序。當(dāng)磁場增加到7T時(shí)，反鐵磁序被完全壓制，對應(yīng)于系統(tǒng)出現(xiàn)了三維量子相變；而通過極低溫下核磁共振譜和磁場依賴的自旋晶格弛豫率的雙峰結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)在7.7T出現(xiàn)了第二個(gè)量子臨界點(diǎn)。低溫交流磁化率的掃場數(shù)據(jù)也發(fā)現(xiàn)7T和7.7T的兩個(gè)相變特征。通過轉(zhuǎn)變溫度和磁場的標(biāo)度律（上圖所示）以及數(shù)值計(jì)算，證明了7.7T對應(yīng)于一維Ising量子臨界點(diǎn)，并具有一維橫場Ising模型的普適性。另外，通過自旋晶格弛豫率的溫度依賴關(guān)系證明了在兩個(gè)臨界點(diǎn)上都是無能隙激發(fā)，而遠(yuǎn)離臨界點(diǎn)處都是有能隙激發(fā)。這是借助于特殊的晶體結(jié)構(gòu)和有效交錯(cuò)場，首次在低磁場實(shí)現(xiàn)一維橫場Ising模型量子臨界點(diǎn)，為之后的研究開辟了一條新途徑。
中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所何長振研究員團(tuán)隊(duì)為該工作提供了高質(zhì)量的單晶材料，李政道研究所吳建達(dá)課題組和中國人民大學(xué)俞榕教授課題組提供了重要的理論計(jì)算，復(fù)旦大學(xué)物理系殳蕾課題組提供了部分實(shí)驗(yàn)支持。中國人民大學(xué)博士生崔祎為該論文第一作者，于偉強(qiáng)教授，吳建達(dá)教授和何長振教授為共同通訊作者。該工作得到了科技部、國家自然科學(xué)基金、以及中國人民大學(xué)研究基金的支持。
論文信息：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).
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