戈薇磁鐵（Kagome Magnet）可能是一個無能隙的自旋液體

新近對在戈薇晶格上的反鐵磁系統（戈薇反鐵磁）的數值研究顯示，系統的基態很可能是一種無能隙的自旋液體。大家對自旋液體的興趣是在於他不是有序的鐵磁系統，而是一直保持在無序的狀態，這可能對拓樸量子電腦(topological quantum computers)會有用。

咸信戈薇晶格會產生自旋液體，但是計算戈薇反鐵磁系統基態時的自旋結構是一個超難的理論挑戰。傳統的解法是計算在當下電腦所能模擬的最大系統，然後外插這個結果到無窮大的晶格─這是處理有很多很多電子的真實材料的作法。然而以目前的電腦能力，能處理的晶格仍然太小而無法提供可靠的結果。現在，廖(Liao)及其團隊發展了一種新的方法，將一個直接代表無窮大系統的波函數做最佳化後來解出結果。這個刊登在物理評論通訊的結果（Physical Review Letters，DOI: 10.1103/PhysRevLett.118.137202)不僅指出這個材料是自旋液體，而且沒有能隙，也就是，在已填滿和未填滿的自旋態之間並沒有能隙。這個工作裡發展出的工具將會幫助學者們描述這個物質的詭異狀態並且解決有關其電性的重要問題。（更多資訊，請見「物理觀點」（Viewpoint in Physics）文章，布萊恩.克拉克（Bryan Clark）所著之「圍捕戈薇磁鐵」"Closing in on the Kagome Magnet"）
 

反鐵磁自旋系統：自旋分佈在晶格點上，相鄰晶格點上的自旋相反，例如圖(a)所示為一個表現在四方晶格的自旋反鐵磁。然在圖(b)的三角晶格點上當有相鄰兩個自旋相反時三角形的第三個頂點就不知應該自旋向上還是向下，只能任意二選一。這種系統稱為「挫折自旋系統」(frustrated spin system)，實際上是個無序系統。圖(c)所示即為戈薇晶格（Kagome lattice），與三角晶格不同，但若是反鐵磁時，也是挫折系統的一種，實際上也是個無序系統。

                                             

 

本文感謝APS NEWS（美國物理學會）同意以中文翻譯形式轉載，原文刊登於http://www.aps.org/publications/apsnews/