量子自旋液體這概念經(jīng)提出便吸引了眾多物理學家的目光，這不僅源于其應用前景，如高溫超導機理、量子計算，更因為其背后蘊含復雜深刻的物理。經(jīng)過四十多年研究，人們已經(jīng)取得了很多理論方面的成果，提出了多種多樣的量子自旋液體的基態(tài)。

圖1  帶有中子的蜂巢晶格上的自旋液體的激發(fā)過程

    實驗上對量子自旋液體的探索雖然也取得了些成果。2016年4月，劍橋及其合作機構(gòu)的研究人員在種結(jié)構(gòu)類似石墨烯的二維材料中測量到被稱為“馬拉約那費米子”的分數(shù)化粒子，并且能很好地與Kitaev模型相契合。但是，*的量子自旋液體存在的實驗證據(jù)仍然缺乏，方面是因為量子自旋液體這種新奇的物質(zhì)態(tài)沒有類似傳統(tǒng)相變所對應的對稱性破缺和序參量，另方面是因為很多量子自旋液體候選材料無法生長高質(zhì)量大尺度的單晶樣品，因此阻礙著人們對量子自旋液體的深入研究，使得量子自旋液體在實驗上的實現(xiàn)仍然懸而未決。 

    經(jīng)過長時間的艱苦摸索，復旦大學趙俊教授課題組用新建成的德國SciDre高溫高壓光學浮區(qū)單晶爐成功的生長出了高質(zhì)量、大尺度的YbMgGaO4單晶樣品，這讓深入研究該樣品的微觀性質(zhì)成為可能。隨后趙俊教授課題組與陳鋼教授課題組及其合作者用中子散射技術(shù)在量子自旋液體候選材料YbMgGaO4中觀測到了分數(shù)化自旋激發(fā)----完整的自旋子激發(fā)譜，相關(guān)研究論文“Evidence for a spinon Fermi surface in a triangular lattice quantum spin liquid candidate”于2016年12月5日在線發(fā)表于《自然》（Nature）雜志（DOI: 10.1038/nature20614）。  

圖2  低溫70mK測得的子自旋激發(fā)譜（覆蓋了布里淵區(qū)大片區(qū)域）

圖3  基于自旋子費米面的粒子-空穴激發(fā)計算得到的激發(fā)譜

    該項研究是在二維三角格子體系中觀測到了完整的自旋子激發(fā)譜，表明量子自旋液體域的研究又前進了大步，同時也為量子自旋液體的研究注入了新的動力。我們期待趙俊教授在接下來的科研工作中取得更多的成就。