三角kagome格點上的自旋阻挫系統(tǒng)量子自旋液體是一種即使在零溫下也不會發(fā)生對稱性自發(fā)破缺的量子物質(zhì)形態(tài)，其基本概念最早由諾貝爾獲得者P.W.Anderson在1973年提出。之后，人們嘗試?yán)米孕后w來解釋高溫超導(dǎo)的現(xiàn)象。近年來，隨著實驗上大量阻挫量子自旋材料的出現(xiàn)，找到具有自旋液體基態(tài)的材料變得越來越有可能。從實驗和理論兩個方面，量子自旋液體已成為凝聚態(tài)物理學(xué)量子多體問題研究的一個熱點方向。Kagome晶格作為一種強阻挫晶格，是實現(xiàn)量子自旋液體的理想模型。但對于一般的反鐵磁海森堡模型，由于存在符號問題，人們無法利用量子蒙特卡洛方法數(shù)值研究系統(tǒng)基態(tài)的行為。2002年，Balents、Fisher和Girvin三位物理學(xué)家提出的所謂的BFG模型是一類可以實現(xiàn)量子自旋液體的模型，且該模型沒有符號問題，可以展開大規(guī)模的量子蒙特卡洛研究，人們對于該模型取得了很多研究成果，尤其是零磁矩的情況。但如果對該模型加上一個Zeeman場，調(diào)節(jié)至1/6平均磁矩的時候，該系統(tǒng)是量子自旋液體，還是對稱性破缺的條紋固體序，尚存在爭議。近期，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心博士后王艷成（已出站，現(xiàn)任教于中國礦業(yè)大學(xué)）、副研究員孟子楊，與重慶大學(xué)研究員張學(xué)鋒、德國馬普學(xué)會教授FrankPollmann、耶魯大學(xué)助理教授程蒙等組成的研究團隊，利用大規(guī)模的量子蒙特卡洛數(shù)值方法對基于BFG模型的阻挫磁性系統(tǒng)在1/6平均磁矩下的情況展開了細致的研究，給出了該模型的詳細相圖，從理論和數(shù)值上證實存在一種新的超越Lieb-Schultz-Mattis-Oshikawa-Hastings（LSMOH）理論框架的量子自旋液體，其性質(zhì)可用偶數(shù)伊辛規(guī)范場理論描述。計算發(fā)現(xiàn)，該量子自旋液體到鐵磁序的相變行為屬于自旋子（spinon）凝聚有關(guān)的一類特殊的三維（XY]*｝）相變普適類。該研究擴展了Kagome晶格上可能存在的量子自旋液體基態(tài)的范圍，且這種超越LSMOH理論預(yù)言的量子自旋液體通往其他對稱性破缺相的相變過程對應(yīng)于新型分?jǐn)?shù)化任意子（anyon）凝聚，擴展了人們對于任意子凝聚行為的理解。相關(guān)研究成果發(fā)表在《物理評論快報》上。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項培育項目的資助。量子蒙特卡洛模擬所需的大規(guī)模的并行計算在物理所量子模擬科學(xué)中心和天津國家超算中心天河1號平臺上完成，計算過程中得到了天津國家超算中心博士孟祥飛、工程師趙洋等的支持。J土STSLSSr0.05Q.060.070.08os-晶9A/t仏J土STSLSSr0.05Q.060.070.08os-晶9A/t仏⑹Jkb圖1.（a）Kagome晶格以及不同格點間的自旋相互作用；（b）Kagome晶格的倒格矢及其第一布里淵區(qū)；(C)擴展BFG模型在1/6平均磁矩下的相圖。ST(staggeredsolid)：交錯固體相，SS(strippedsolid)：條紋固體相，F(xiàn)M(ferromagnet):鐵磁相，SL(quantumspinliquid)：量子自旋液體相。圖2。(a)自旋剛度(spinstiffness)在自旋液體(SL)到鐵磁序(FM)相變點附近的數(shù)據(jù)跌落，其中，臨界指數(shù)u是三維XY普適類的臨界指數(shù)；(b)等時自旋-自旋關(guān)聯(lián)函數(shù)(G(r)=leftlangleS_{0廠{+}S_{r廠{-}rightrangle)隨距離r的變化關(guān)系。在雙對數(shù)坐標(biāo)下，(G(r)simr