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构造“姚-李”量子自旋液体 | Ising专栏
来源:知社学术圈 | 2025/4/28 12:19:23 | 浏览:22 | 评论:0


千秋岁引· Caltech
苍漭向东,西岸接天际

圣盖博山阴、新堆砌

飞来海耳百年兴,一幕幕、密立根春事

物工程、化生医、巡星系


费曼风流生纳米

盖曼三声成粒子

莫道不奢华、方寸地

往来喷气卡门街,似平常、更似珍稀异

书本上、论坛中、凡尘里



诗词注解:

(1)Caltech位于洛杉矶东北部圣盖博山(Mount. San Gabriel)脚下小镇帕萨迪纳。

(2)这里是钱学森先生的故地,也是大科学家密立根(基本电荷测定)、鲍林(化学键)、安德逊(正电子)、费曼、盖曼(亦翻译为盖尔曼,夸克)、冯·卡门(航天火箭)等人执教之处。当代著名物理学家阿列克谢·基塔耶夫(Alexei Kitaev, 量子自旋液体Kitaev model)在此任教。Caltech 全校学生 2000,教授 300,校友和教师中有 75 人次获得诺奖。

(3)海耳:将 Caltech 从 Throop 大学改造而来的天文学家 George Ellery Hale。他是 Caltech 的主要创立者。

(4)密立根:为将 Caltech 建设成世界物理学研究中心做出了卓越贡献。

(5)物工程、化生医、巡星系:Caltech以数理、工程、化学生物医学、航空航天等理工学科为主体,以基础科学和工程应用两大方面蜚声国际。

(6)生纳米:学界一般认为费曼是纳米科学的始作俑者。

(7)三声:基本粒子“夸克”的命名乃盖曼取自《芬尼根彻夜祭》“为马克检阅者王,三声夸克”。

(8)喷气卡门街:航天航天和流体力学中的那个著名(冯·卡门)喷气卡门涡街,也喻指校园虽普通却无处不是珍奇艳异。

(9)加州理工的声名无需在此罗列佐证,以“书本上、论坛中、凡尘里”即足够流传于世。



构造“姚-李”量子自旋液体 | Ising专栏

引子


当一个学科发展到可以用感性之“美”去度量时,其他学科基本就没有了与之媲美竞争的地位。从笔者这比较 low 的审美水准看,自然科学各大分支学科中,还是物理学最具美感。这么说,最根本的依据是,物理学的骨架,乃以简洁优雅的数学去描述物理世界。这一点,让物理学以无与伦比之清晰、简洁著称于世,非其他学科可平视而不仰望。


印证这一“狂妄”观点的证据很多。其中之一是,对一个物理问题,或对一“虚空”物理观念,物理人喜爱构建或提出一个模型,不管这模型是数学结构层面的表达,还是微观物理层面的表述。它们多富于理想化,摄取了现实世界最主要的特征,并能在复杂性和简洁优美之间取得足够好的平衡。随后,如果这一模型可严格求解,则其中的物理世界就一目了然!这是不可方物之“美”!


笔者姑且“近水楼台先得月”或“坐井观天”,从自己最熟悉的模型开始:Ising 模型。从数学形式和结构看,Ising 模型抓住了物理最简单的逻辑:两态(0 / 1)问题!她自然简洁优美,且在空间维度 d = 1 和 d = 2 的格子中可严格求解。由此,Ising 模型得以在描述物理世界的进程中攻城略地,一切都至善至美一般。


当然,这种攻城略地,依笔者这喜欢“调侃”的老毛病来看,乃因为两态之分是人类智慧中能够描述变化的最简洁之分,而并非因为模型本身很贴近实际世界及其变化。因此,诸如 Ising 模型这种模型,乃“阳春白雪”有余、“下里巴人”不足。为何如此说呢?一个模型描述的物理,距离现实世界之远近,是可以被一些很简单的逻辑来衡量表征的:该模型有无更加微观的、现实的物理机制来支撑?!如果有,则“距离”现实世界不会远,有可能做到定量化,是好物理。如果无,则“距离”尚很遥远,做不到定量化,虽然模型所揭示的物理图像可以是清晰合理的!


最近邻互作用的 Ising 模型,与现实世界就有不小距离。以图 1 所示的物理和相关事实出发:(1)对一维格子(d = 1),最近邻距离与次近邻距离差一倍,意味着一维模型比较接近现实世界中那些 d ~ 1 的体系,模型有可定量化的意涵。当然,现实世界中 d = 1 的格子其实很少。(2)在 d = 2 和 d = 3 的格子里,最近邻与次近邻的距离就没有那么大差距,因此最近邻 Ising 模型只是一种近似。(3)果若读者对电磁学稍有些了解,就能明白忽略次近邻其实不那么理所当然,因为电磁势能与距离成反比,而不是与距离的几次方成反比,衰减得没有那么快。


事实上,Ising 模型的定量意涵,在 d = 2 和 d = 3 格子里从来就没有明晰过。真的要定量于现实世界,就需要拓展到次近邻之上。而一旦拓展,则模型的严格求解就变得难以为继,虽然数学形式依然很优美!


所以,一个简洁优美的模型,如果严格可解,那算得上是“简洁优美”,但未必是真实世界的“简洁优美”。这是简洁优美的“第一重意涵”!


构造“姚-李”量子自旋液体 | Ising专栏


图 1. 不同维度空间 Ising 模型及其有序化温度 Tc和磁矩 m 的解。

(A)一维自旋链(d = 1);(B)二维正方晶格(d = 2);(C)三维立方晶格(d = 3)。(D)三个维度中,d = 1 和 d = 2 模型都有严格解;d = 3 模型严格解至今还未得到,这里给出的是数值解。注意,本文讨论的 Ising 模型,都只考虑了最近邻互作用(nearest-neighbor interactions),因此是对现实体系的一种近似描述。特别是 d = 2 和 d = 3 的体系,这种近似可能需要斟酌,定量意涵不足。




进一步,如果一简洁优美模型,能超越“阳春白雪”而靠近实际,并依然严格可解,那就是“理中龙凤、物之珍奇”了。这样的模型,自然也有一些。很多年前,著名物理学者 Rodney J. Baxter 曾写过一本名著“Exactly solved models in statistical mechanics”。其中就讨论过既优美亦较接近实际的可解模型若干。


在这方面,笔者很熟悉的另外一个物理模型,也属于此,虽然在普适性和重要性方面此模型要比 Ising 模型差很远。呈现于此,无非是有一定典型意义而已。


在多铁性物理中,磁电耦合的唯象理论是基于对称性发展起来的。唯象理论说:如果磁性序参量 m 和铁电序参量 p 之间能以某种同时满足时间反演对称与空间反演对称的模式结合,则磁电耦合就存在。那位上世纪的物理圣人朗道,就提出过简洁模型,简洁得粗暴直接:写一个磁电耦合自由能 FME ~ α·m2·p2就是了!其中 α 是磁电耦合系数。读者可看到,时间和空间的坐标反演操作,不改变自由能的形式。而 m 和 p 两个序参量,可从简单的热力学中求解出来。很显然,这一模型表达足够优美简洁,坐实了“第一重意涵”,也即这一唯象模型是简洁优美的。


可能是朗道名声太过显赫的缘故,后来者似乎很少去怀疑这一耦合模型的效应是否彰显。物理人围绕这一唯象形式,洋洋洒洒提出过多达五类以上的微观机制以支撑之,试图使其更加接近现实世界,迈向“第二重意涵”。可惜的是,这些机制并未接受严格的实验检验,甚至未曾有足够定量的计算验证。更进一步,这一模型考虑的是一个四阶耦合项(m2p2),其磁电耦合 if any 实在太微弱。自 1950 年代后,磁电耦合研究有半个多世纪几乎在原地踏步,与模型只停留在“第一重意涵”有关。


时光到了 2005 年前后,供职于荷兰格罗宁根大学的知名理论学者 Maxim Mostovoy,依据 Tsuyoshi Kimura 的实验发现,提出了那个新的、三阶而非四阶的磁电耦合项,催生了所谓的“第 II 类多铁性”。相关物理图像展示于图 2。这一唯象模型的严格解很容易得到,亦简洁优美,显著拓展了这一领域绕圈圈多年的物理人之思路,是本世纪初磁电耦合研究取得巨大进展的主要推手。更有甚者,在同一时段内,杰出理论学者 Naoto Nagaosa 领导的团队完成了基于自旋 - 轨道耦合(spin - orbital coupling, SOC)的所谓“虚拟自旋极化电流”微观理论,为 Mostovoy的优美模型奠定了微观物理基础。大概半年之后,橡树岭实验室的 Elbio R. Dagotto 教授提出了更为直截了当、基于 DM 互作用(Dzyaloshinskii - Moriya interaction, DMI)的微观机制,也使得 Mostovoy 唯象模型更加完备。


所以,一个简洁优美的模型,如果严格可解,且还有现实世界的微观机制作支撑,则此模型无疑是足够“简洁优美”的,具有超越“第一重意涵”的“第二重意涵”!


构造“姚-李”量子自旋液体 | Ising专栏


图 2. 第 II 类多铁性“简洁优美”的唯象模型及其微观机制支撑。

(A)Maxim Mostovoy 提出的唯象模型。对一非共线磁结构 m(x, y, z),空间传播波矢为 q、三个磁矩分量为(m1, m2, m3),自旋最近邻互作用 J、次近邻互作用 J',满足 J' > - J / 4。Mostovoy 的贡献,在于提出这一唯象的磁电耦合三阶表达式(1)。借助简单的数学运算(2)~(4),即可得到磁致铁电极化 p 的表达式,其方向与 e3和 q 组成的平面垂直。(B)Nagaosa 针对多铁性稀土锰氧化物而提出的、基于 SOC 效应的微观机制,为 Mostovoy 唯象模型奠定了微观基础。

From M. Mostovoy, PRL96, 067601(2006);Katsura et al, PRL 95, 057205(2005)。




量子自旋液体 QSL


到此,笔者在本文希望兜售的物理研究之境界,就比较明晰了:最好的物理,是具有足够“第二重意涵”的物理模型!做到这一点,就算做出了一些物理之“美”。任何物理人,如果能碰到这样的“美”,就值得去解读和学习。正是基于此,笔者写就这篇读书笔记。


事实上,物理研究,在今天这样的铁幕时代,具有“第二重意涵”的漂亮工作依然存在,虽然很是难能可贵。这里,笔者想展示一个量子材料的故事,显示物理人前赴后继的精神。故事很好,但有笔者有意无意“编撰”的成分,读者姑且读之。


故事的主题,即量子自旋液体态(quantum spin liquid, QSL)。在笔者之前撰写的诸多文章中都有提及这一主题,如《自旋液体,深浅自知》。互联网上也有大量相关文章,似乎都有点太“千篇累赘”了。有关这一物态的原委,读者当然需要参阅专业著作或文献。如果只是了解其中一些热闹,则看看这些短文也就够了。


简单地说,QSL,乃是一种绝对零度下依然完全无序的自旋液体态。但它与各态历经(满足遍历性 ergodicity)的顺磁态有区别。后者没有空间关联纠缠,而 QSL 则存在特定的量子关联。作为一类量子基态,其低能激发可能是超导和量子计算所追逐的各种新物态。正因如此,物理人对其展开了高强度追逐。《npj QM》置身其中,刊登了很多相关文章。


过去若干年,追逐 QSL 之路有几条:


(1)实验探索。在多年自旋阻挫研究基础上,物理人获得了若干 QSL 潜在材料体系。不过,虽说屡有斩获,但确定性结论不多,皆源于这样的事实:当前凝聚态物理研究,其对象都是可测量的序参量及其对外场的响应。QSL 很遗憾与此无缘,至少一阶序参量中不包含 QSL 的特征量,因此对 QSL 的可靠实验鉴定变得极为困难。也就是说,实验要确认一个体系是否为 QSL,不是很容易的事情,如果不是不可能的话。


(2)理论构建。那些天才理论物理人从不同视角和起点出发,构建了不少描述 QSL 的理论,包括安德森那个著名的 RVB(resonating valence bond)理论。这一理论认为空间的一对电子,会按照自旋单态而动态关联,形成的叠加态就是一种 QSL 态。他声称这一 QSL 态就是高温超导电子配对的母体。RVB 的低能激发,被认为是超导电子配对态的雏形,区别于 BCS 理论的电声子配对机制。


(3)可解模型。鉴于实验探索的难度,也鉴于理论构建的诸多挑战和看起来不够 solid 的假设,物理人最喜爱和擅长的模型构建就后来居上,成为探索 QSL 的第三条道路。其中最著名、实际上是唯一被广泛关注的模型,即 Kitaev 模型。


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图 3. 在二维蜂窝点阵中定义的 Kitaev model。

(A)Kitaev 定义于蜂窝点阵中各向异性的最近邻耦合 S(or σ)= 1/2 量子自旋模型。每个六边形的六个顶角算符之积,构成六自旋算符乘积 Wp = 1 or -1,其中 Wp = -1 代表了一种 Z2涡旋激发。(B)Kitaev 模型哈密顿,沿三个主轴(x, y, z)方向定义互作用(Jx, Jy, Jz)。(C)模型严格解得到的相图。如果自旋各向异性耦合强度(Jx, Jy, Jz)之一占主导时(位于外三角形某个顶角附近),体系就是有能隙的任意子(anyons)态。当(Jx, Jy, Jz)三项相当时(位于绿色填充的中心三角区),体系是无能隙的 Majorana 费米子激发态。

From https://quantum-cyborg.github.io/2022/12/24/Physics/Kitaev%20Honeycomb%20Model/https://zhuanlan.zhihu.com/p/659329750




Kitaev 模型和 Yao-Lee 模型


所谓 Kitaev 模型,乃是任教于加州理工的 Alexei Kitaev 教授针对 QSL 提出的一个理想化的、被认为只是“玩具”性质的量子自旋模型。模型定义在一个二维蜂窝点阵(honeycomb lattice)中,如图 3 所示。它展现了三个主轴上自旋相互作用的高度各向异性。当然,Kitaev 展现了高的数学技巧,将这一自旋模型严格求解出来,预言了相图中间区域存在一个很宽的无能隙 QSL 区域(即那个深绿色区域)。


无论如何,QSL 总算有了一个可严格求解的模型港湾。Kitaev 模型于 QSL 的重要意义和研究概览,笔者也写过几篇读书笔记,如《Kitaev量子自旋液体的至亲》、《Kitaev 物理的电极化调控》、《袭扰 Kitaev 规范场》。读者闲暇时可点击御览,以明了 Kitaev 模型的价值。需要特别指出,首先,这个模型的确是理想化的“玩具”模型。大部分拘泥于现实世界的物理人,很难会联想到这样奇特的Kitaev自旋互作用形式,即便是对 SOC物理十分熟悉的物理人,亦很难联想到。其次,这一模型,必定来自于对物理有高度洞察力的学者之手。笔者甚至相信,Kitaev 应该是先洞察到这一 QSL 态的存在之后,才去构建满足这个态的模型哈密顿。此乃大师风范,令人叹服!


无须讳言,到目前为止的探索,都展示 Kitaev 模型与现实物理之间存在不小的 gap。的确,模型引入的 Kitaev 互作用项(K-term)已被“证实”存在于世,典型载体就是 α-RuCl3。不过,南京大学李建新 / 温锦生他们在基于 α-RuCl3所构建的 K - Γ 模型中,发现 K-term 不算是绝对主导项。此外,还有一些物理人在其它体系推演出 K-term,都相对偏弱,不是主导项。有些研究拟合得出的 K-term,明显偏大而被后续工作矫正。也就是说,现实世界可能并不存在纯粹的 Kitaev 模型体系,正如不存在纯粹的 Ising 模型体系一般。


话说回来。Kitaev 模型虽是阳春白雪,但其卓越与伟大之处,却是可以这样表述的:如果说 Ising 模型是掌控有序物理的“如来”,那么 Kitaev 模型就是掌控无序物理的“如来”。它们都很理想化,在现实世界中它们像“如来”一般,法力无边却鲜有出手,也即具备了足够深度的“第一重意涵”。


从这一意义看,果若 Kitaev 模型是“如来”之手,如果要普照尘世、去普渡现实以造福万物,就需要走向“第二重意涵”。事实上,有很多物理人在尝试从这第一重走向第二重。其中一个尝试,乃是姚宏与李东海两位老师在加州伯克利大学时合作提出、并得到了严格解的 Yao-Lee 模型。


关于 Yao-Lee 模型,笔者曾在《追随“姚-李”刻画量子自旋液体》一文中有所提及。该模型超越 Kitaev 模型之处,被笔者浅薄理解成如下几点:


(1)Yao-Lee 模型,首先是二维 Kitaev 模型向准二维、甚至三维体系的拓展。米国亚利桑那州立大学理论学者 Onur Erten,曾经将 Yao-Lee 模型应用到以 CrI3这类 vdW 双层体系为载体的魔角和 Moire 超晶格中,获得了 Yao-Lee 模型框架下的 QSL 相图,令人印象深刻。


(2)从 Kitaev 模型即可看出,导致 K-term 出现的微观机制,无非是那些关联体系中过渡金属离子具有较强的 SOC,从而将自旋与轨道自由度耦合起来。这一物理,看起来等价于蜂窝晶格中沿(x, y, z)三个主轴的化学键合,假借于 SOC 而表现为某种赝自旋(pseudospin)互作用(bond - dependent spin - orbit entangled pseudospin interactions)。这就解释了为何会出现图 3 所示的那般奇特 K-term。


(3)Yao-Lee 模型当然有其深邃物理考量和演生效应(在此不论),但依笔者粗浅理解,这一模型实际上是将 Kitaev 模型中原本通过 SOC 绑定在一起的自旋自由度和作为赝自旋引入的轨道自由度(spin - pseudospin bonded)拆分开(spin - pseudospin separated),写成两个作用项之耦合,如图 4(A)和 4(B)所示。这样的拆分,使得物理人可以各自相对独立地去调控 spin 和 pseudospin。调控的自由度一下子就多了起来。


(4)这样的拆分,也有可能使得 Yao-Lee 模型更靠近现实物理,毕竟这里的自旋和基于轨道的赝自旋,都可以各自定义和操控了。重复一遍,spin - pseudospin separated 的 Yao-Lee 模型,也是可严格求解的。所以,相比于 Kitaev 模型只是处于“第一重意涵”层面,Yao-Lee 模型就实现了部分超越,只是这一超越距离“第二重意涵”还差一步:尚无来自现实世界的微观物理机制去支撑 Yao-Lee 模型的拆分。


(5)依据上述描绘,看起来物理人已可乐观地靠近 Yao-Lee 模型了。如果物理就这么简单,那敢情好。其实不然,熟悉固体物理的读者可能知晓,那个著名的 K-K 模型(Kugel - Khomskii model)就是将同一过渡金属离子中的自旋和轨道自由度拆分来处理的,与这里的 Yao-Lee 模型有数学形式上的相似性。或者说,Yao-Lee 模型是这个 K-K 模型的某种推广拓展。在 K-K 模型中,轨道自由度被当成海森堡自旋自由度,与电子关联 U 有关。在 Yao-Lee 模型或 Kitaev 模型中,轨道自由度是作为赝自旋呈现的,是 bond - dependent 的,需要键合两端的离子通过电荷跃迁(charge hopping)来实现。这是 K-term 存在的物理本质。因此,SOC 在 Yao-Lee 模型中就变得特别重要、不可或缺。感兴趣的读者,可御览图 4 及图题描述。


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图 4. 量子自旋液体 QSL 的 Kitaev 模型及推广。

(A)Kitaev 模型的哈密顿,其中自旋算符 {Siγ} 沿图 3(A)所示的蜂窝点阵三个主轴方向 γ =(x, y, z)定义。现实物理中,这样的自旋算符似乎不大可能存在,所以需要额外物理机制来实现。一种可能,是来自强 SOC 的过渡金属 d 离子本身:一方面,点阵中过渡金属离子之间通过 d 轨道沿(x, y, z)三个方向形成键合(spin - pseudospin bonded);另一方面,每个离子的 SOC 又将轨道与自旋绑定在一起。这样的物理,完全依赖过渡金属离子本身,既要强 SOC,又要三个互成 120°的化学键都同时参与自旋耦合,所以 Kitaev 模型不得不写成(Siγ · Sjγ)的形式。很显然,一旦材料选定,自旋和轨道两个自由度实际上就合并为一个自由度,调控空间很狭小。

(B)Yao-Lee 模型的哈密顿形式。虽然姚宏和李东海老师赋予模型以深刻的物理,但笔者肤浅粗暴认为这一模型实际上就是“唯象”地将自旋和轨道两个自由度“强行”拆开(spin - pseudospin separated),再写成(Si· Sj)和(Tiγ· Tjγ)两项乘积(即又将它们耦合起来 ^_^)。至于这么拆分背后的微观物理依据是什么,他们似乎也没有在文章中深入讨论。

(C)美女学者 Hae-Young Kee(HYK)教授提出的新机制:体系中含有过渡金属离子 M(含 d 轨道)及与其近邻键合在一起的阴离子 A(含 p 轨道),而 p 轨道一般难以含有强 SOC。当然,通过合适选材,有些很重的 A 离子也可有较强 SOC(强度为 λ),从而将体系劈裂出 j = 3/2 和 j = 1/2 两个能级。后者 j = 1/2,可等效为 1/2 量子自旋,对应于 Yao-Lee 模型中的赝自旋项(Tiγ· Tjγ)。过渡金属离子 M 的自旋(Si · Sj)与阴离子 A 的赝自旋(Tiγ· Tjγ)的耦合,则通过在 M 之 eg能级与 A 之 p 轨道 j = 3/2 / j = 1/2 能级之间跃迁(tpdσ)来实现。至此,Yao-Lee 模型中的(Si· Sj)和(Tiγ· Tjγ)分别由 M 离子和 A 离子承担,不再被绑定在一起,材料设计和调控自由度一下子就宽广起来。

(D)HYK 她们提出的、实现 Yao-Lee 模型的微观实现途径。其中 M 离子的 d 轨道与 A 离子的 p 轨道的耦合,被红色曲线标记出来。




构建 Yao-Lee 模型的微观基石


如上物理图像,当然不是笔者描绘的,乃是来自加拿大多伦多大学那位知名的美女学者 Hae-Young Kee 团队(简介可见:https://kee.physics.utoronto.ca/)最近取得的一项成果。Hae-Young 在量子磁性、非常高超导和拓扑量子物理这些“量子材料”主流领域,都取得过突出成就,是一位十分活跃的理论物理人。


Hae-Young 与姚宏教授似乎师出同一门下,应该对 Yao-Lee 模型十分熟悉。她为这一模型构建了一类现实体系中可以存在的微观机制,以作为 Yao-Lee 模型的微观基石(physical basis),看起来顺理成章。她们还真的完成了这一工作,文章刊登在最近的《npj QM》上,引起同行关注。


行文到此,笔者作为外行就不再有能力可将其中“简洁优美”的物理展现出来。不过,可以推测,如果这一基石是扎实的,Yao-Lee 模型就从“第一重意涵”跃迁到“第二重意涵”了。笔者囫囵吞枣,将 Hae-Young 她们文章的学习体会梳理成几点,呈现如下(笔者对体会的错误和浅薄不负责任):


(i)Yao-Lee 模型既要有高度阻挫的自旋互作用,又要有 bond - dependent 的 K-term,还要能对它们独立操控。好吧,那就只好借助新机制:假设有体系,包含过渡金属离子 M 及与其键合在一起(bond-dependent)、包含 p 轨道的阴离子 A。注意到,离子 A 的p 轨道有一定的 SOC。


(ii)基于合适的体系选择,A 离子借助自身 SOC(强度为 λ)劈裂出 j = 3/2 和 j = 1/2 两个能级,其中 j = 1/2 就是等效量子自旋。至此,赝自旋(Tiγ · Tjγ)就被构建出来。过渡金属离子 M 的自旋(Si · Sj)与阴离子 A 的赝自旋(Tiγ · Tjγ),则通过 M 之 eg能级与 A 之 p 轨道能级之间跃迁(tpdσ)来实现。注意到,这种跃迁,妥妥地贡献了 K-term,致使 Kitaev 物理被引入进来。


(iii)在这一基石中,(Si · Sj)和(Tiγ· Tjγ)分别由 M 离子和 A 离子承担,不再被强行绑定在一起。材料设计和调控自由度变得宽广起来。


(iv)通过细致的经典和量子模拟计算,Hae-Young 她们建立了基于 K-K 模型的微观理论,为 Yao-Lee 模型奠定了扎实的微观物理基础。而在选材方面,她们预言,那些包括有 d9 / d7、且能够与重配体阴离子配位成键的过渡金属量子磁性体系,很可能会展现较强的 Kitaev 物理。果若如此,当然是功德之事,也促成了 Yao-Lee 模型走向“第二重意涵”。事实上,2018 年前后,刘慧美博士与合作者完成的、对过渡金属 Co基氧化物(Co-d7)体系的预测,似乎很好映射出这“第二重意涵”的影子。注意到,刘慧美也是一位年轻的女性理论物理人,与Hae-Young 相映成趣,似乎显示女性学者在 handle 这些量子材料精细问题时有一些优势?!


当然,笔者以为,这样的一款 Yao-Lee 模型基石,最终未必真的容易建成。毕竟,具有较强 SOC 的 p 轨道阴离子,是稀有之物。只有那些很重的阴离子及其基团,才有可能触及这些要求之一二。其次,这样的体系,还要有很强的阻挫物理性质,对可选体系范围施加了很大限制,不易实现。


雷打不动的结尾:Ising 乃属外行,描述不到之处,敬请谅解。各位有兴趣,还请前往御览原文。原文链接信息如下:


 图片

Microscopic roadmap to a Kitaev-Yao-Lee spin-orbital liquid


Derek Churchill, Emily Z. Zhang & Hae-Young Kee


npj Quantum Materials 10, Article number:26(2025)

https://www.nature.com/articles/s41535-025-00744-9


备注:

(1)笔者 Ising,任职南京大学物理学院,兼职《npj Quantum Materials》编辑。

(2)小文标题“构造“姚-李”量子自旋液体”乃宣传式的言辞,不是物理上严谨的说法。这里只是略带感性地呈现韩裔加拿大女理论学者 Hae-Young Kee 教授如何从现实的微观世界出发,去构造姚宏和李东海老师提出的量子自旋液体模型(Yao-Lee model)的物理基础。

(3)小词(20250410)原本描写三月访问加州“微型”知名高等学府加州理工学院(California Institute of Technology, Caltech)的感受,这里用以致敬任教于 Caltech 的 Alexei Kitaev 教授。文底图片来自笔者拍摄的 Caltech 风景(20250320)。

(4)封面图片来自文献 PRB 89, 235102(2014)和 PRB 97, 014407(2018)。后者是年轻女性学者刘慧美博士的工作。


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