刘录在《Physical Review X》发表论文

量子自旋液体，与正常凝聚态系统不同，在极低温度下仍然处于无序状态，通过掺杂，有可能成为高温超导体，因而广受关注。近年来实验上发现了一些类似量子自旋液体的材料，但这些材料的性质，特别是形成机制并不十分清楚。几何阻错一致被认为是形成自旋液体的关键，最近人们开始认识到无序与量子涨落的相互作用可能起到更加重要的作用。

物理学系2018年毕业的博士生刘录作为第一作者和导师郭文安教授，与高等量子研究中心邵慧研究员、台湾政治大学应用物理研究所林瑜琤教授、波士顿大学物理系Anders Sandvik教授合作在《Physical Review X》发表论文说明无序可以导致二维磁体类量子自旋液体相。通过大规模量子蒙特卡洛模拟自旋1/2的无阻错量子自旋模型(J-Q模型)，他们发现无序可以导致系统从反铁磁序到随机自旋单态相(Random-Singlet phase)的相变。新发现的随机自旋单态相非常类似于量子自旋液体：没有任何长程序但是平均关联随距离代数衰减。这种态的形成机制是：无序导致系统中自旋子(spinon)局域化并随机纠缠在一起‘冻结’成自旋单态，从而避免了长程序的形成。他们进而研究了随机自旋单态相特殊的动力学和热力学性质，并讨论了在准二维量子磁性材料Sr2CuTe1-xWxO6中存在随机自旋单态相的实验证据。

图：无序J-Q模型的一个随机自旋单态的图样（左图）。无序导致的局域化自旋子（图中白圈显示一个自旋子，方框内有一对自旋子）及其相互作用是导致类似自旋液体的关键。右图是该实现下的局域磁化率分布。高亮区域对应局域化自旋子。

相关论文：Lu Liu, Hui Shao, Yu-Cheng Lin*, Wenan Guo*, and Anders W. Sandvik*, “Random-Singlet Phase in Disordered Two-Dimensional Quantum Magnts”. Phys. Rev. X 8, 041040 (2018). https://journals.aps.org/prx/pdf/10.1103/PhysRevX.8.041040

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