量子自旋液體是二維磁性絕緣體材料在低溫下由量子漲落和材料的阻挫幾何結構共同誘導的一種新型量子物态。由于低溫下衍生出的長程量子糾纏，系統的低能激發展現出分數化的典型特征，并且具有超越費米子和玻色子的統計性質。這種分數化激發的最典型例子就是上世紀80年代發現的分數量子霍爾效應中帶分數電荷的激發。由于低能激發的奇異統計性質，量子自旋液體态是未來實現拓撲量子計算的重要物質基礎。

近十年來，實驗上報道了一系列可能的自旋液體材料。尤其近幾年來，非彈性中子散射成為刻畫自旋液體材料中分數化激發的重要手段。由于激發的分數化，非彈中子散射譜中不再能觀測到典型的峰結構。實驗中較為重要的結果是對于kagome自旋液體材料Herbertsmithite的測量。然而理論上對于相應kagome自旋模型動力學性質的認識一直不太清楚，從而導緻對實驗結果的理解也不全面。

針對這一難題，北航beat365英国官网网站龔壽書老師與長期合作夥伴西湖高研的朱偉教授以及加州州立大學的盛冬甯教授采用大規模密度矩陣重整化群方法研究了kagome自旋系統的動力學結構因子，得到了目前尺寸最大，精度最高的數值研究結果，展現出理論計算和實驗觀測結果的高度一緻，表明實驗結果的确支持Herbertsmithite的基态是一個無能隙自旋液體态，也為理解其他材料的非彈性中子散射結果提供了新的思路。

圖例：自旋液體材料Herbertsmithite非彈性中子散射譜與kagome Heisenberg自旋系統動力學結構因子數值結果的比較

相關成果以“SpinonFractionalization from Dynamic Structure Factor of Spin-1/2 HeisenbergAntiferromagnet on the Kagome Lattice”為題發表在PNAS (《美國科學院院刊》)。

論文鍊接：https://www.groundai.com/project/spinon-fractionalization-from-dynamic-structure-factor-of-spin-12-heisenberg-antiferromagnet-on-the-kagome-lattice/1

該工作得到beat365英国官网网站卓越百人和青年拔尖人才項目的資助。