李伟课题组在关联磁性拓扑物质研究中取得系列进展

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六角晶格Kitaev模型是实现拓扑自旋液体态的重要关联格点模型，在该模型中施加磁场可以得到满足非阿贝尔统计的任意子，对其进行“编织”可以实现拓扑量子计算。近年来，自旋-轨道量子磁体a-RuCl3，作为能够实现Kitaev相互作用的自旋液体候选材料吸引了人们浓厚的研究兴趣。然而，由于a-RuCl3中还存在除Kitaev相互作用之外的其他磁性相互作用，开展精确建模、并探索其中可能存在的自旋液体等新奇量子物态和阻挫效应，是目前亟待解决的学术前沿问题。近日，物理学院李伟课题组与合作者组成的量子磁性物质研究团队在Kitaev自旋液体候选材料a-RuCl3的研究中取得进展。该团队通过自主发展的有限温度张量重正化群等方法，成功破译了a-RuCl3的量子磁性“基因”——即其自旋相互作用微观模型，发现其中存在很强的Kitaev相互作用。团队开展大尺度和全方位的量子多体计算，利用所建立的自旋模型定量解释了其主要的实验测量结果，并通过进一步计算理论预言a-RuCl3材料中存在强磁场量子自旋液体相——这正是人们找寻已久的新奇量子磁性物态。相关工作于2021年6月29日以“Identification of Magnetic Interactions and High-field Quantum Spin Liquid ina-RuCl3”为题在线发表于《自然·通讯》（Nature Communications），北航物理学院为第一和通讯单位。

       这项工作是北航量子磁性物质研究团队与中国人民大学、中山大学等单位密切合作完成的，北航博士生李涵为论文第一作者，北航本科生张皓凯（已毕业）、人民大学博士生王久才、中山大学邬汉青为共同一作。人民大学刘正鑫、北航龚寿书和李伟为共同通讯作者。相关工作获得国家自然科学基金面上项目和重点项目、北航卓越百人计划和北航青年拔尖人才支持计划等的大力支持。论文在线链接为：https://www.nature.com/articles/s41467-021-24257-8.
         物理学院在量子磁性拓扑物态方面连续取得重要进展。除上述二维阻挫磁体a-RuCl3的工作，李伟课题组近日与上海交大蔡子课题组合作，利用密度矩阵重整化群方法合作研究了存在系统和环境耦合的开放量子自旋链系统，发现当系统、环境以及系统-环境耦合均不破坏时间反演对称性时，时间反演对称性保护的拓扑自旋系统边缘态也会自发破坏，因而对利用时间反演保护拓扑序及其拓扑边缘态来实现量子计算的方案提出了挑战。相关工作于2021年6月9日发表于物理评论快报（Physical Review Letters），北航硕士生李乔依为论文共同一作，李伟为共同通讯作者，北航为通讯单位，          论文在线链接为https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.237201.
        关联量子物质与材料课题组主页：https://wlibuaa.github.io/


        文章来源：北航
        李伟，北京航空航天大学卓越百人副教授，博士生导师，“固体物理学”主讲教师。2006年本科毕业于北航，2011年博士毕业于中国科学院，2012年-2015年在德国慕尼黑大学从事博士后科研工作，随后回到母校工作。研究方向为凝聚态理论，截止目前在物理学国际学术期刊上发表论文近40篇， 包括Phys. Rev. X 1篇（通讯作者），Phys. Rev. Lett.2篇（分别为一作和共同作者），并以一作或通讯作者发表Phys.Rev. B/E 16篇（包括4篇快速通讯）等。