德国SciDre高温高压光学浮区法单晶生长炉成功实现高质量大尺寸YbMgGaO4单晶样品制备

量子自旋液体这一概念一经提出便吸引了众多物理学家的目光，这不仅源于其应用前景，如高温超导机理、量子计算，更因为其背后蕴含复杂深刻的物理。经过四十多年研究，人们已经取得了很多理论方面的成果，提出了多种多样的量子自旋液体的基态。

图1 带有中子的蜂巢晶格上的自旋液体的激发过程

实验上对量子自旋液体的探索虽然也取得了一些成果。2016年4月，剑桥及其合作机构的研究人员次在一种结构类似石墨烯的二维材料中测量到被称为“马拉约那费米子”的分数化粒子，并且能很好地与Kitaev模型相契合。但是，公认的量子自旋液体存在的实验证据仍然缺乏，一方面是因为量子自旋液体这种新奇的物质态没有类似传统相变所对应的对称性破缺和序参量，另一方面是因为很多量子自旋液体候选材料无法生长高质量大尺度的单晶样品，因此阻碍着人们对量子自旋液体的深入研究，使得量子自旋液体在实验上的实现仍然悬而未决。

经过长时间的艰苦摸索，复旦大学赵俊课题组利用新建成的德国SciDre高温高压光学浮区单晶炉成功的生长出了高质量、大尺度的YbMgGaO4单晶样品，这让深入研究该样品的微观性质成为可能。随后赵俊老师课题组与陈钢老师课题组及其合作者利用中子散射技术在量子自旋液体候选材料YbMgGaO4中次观测到了分数化自旋激发----完整的自旋子激发谱，相关研究论文“Evidence for a spinon Fermi surface in a triangular lattice quantum spin liquid candidate”于2016年12月5日在线发表于《自然》（Nature）杂志（DOI: 10.1038/nature20614）。

图2  低温70mK下测得的子自旋激发谱（覆盖了布里渊区大片区域）

图3  基于自旋子费米面的粒子-空穴激发计算得到的激发谱

这项研究是次在二维三角格子体系中观测到了完整的自旋子激发谱，表明量子自旋液体领域的研究又前进了一大步，同时也为量子自旋液体的研究注入了新的动力。我们期待赵俊教授在接下来的科研工作中取得更多的成就。

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