物理学院张学锋百人计划研究员在物理学顶级期刊（PRL）发表论文

新材料中拓扑量子相和拓扑量子相变的探寻一直以来是凝聚态物理中最前沿的研究方向（2016年诺贝尔物理学奖）。一方面，对于拓扑激发操作，存储等方面的研究将为未来实现下一代拓扑量子计算机奠定理论基础，另一方面，拓扑量子相变的研究则超越了基于朗道对称性自发破缺的相变理论框架。最近，物理学院张学锋百人计划研究员与德国慕尼黑理工大学F. Pollmann教授，德累斯顿马普复杂物理所R. Moessner教授，凯泽斯劳腾理工大学S. Eggert教授和哈佛大学何寅辰博士合作，通过超大规模量子蒙特卡洛数值模拟方法在Kagome晶格内发现超越朗道范式的退禁闭拓扑量子相变过程（Continuous Easy-Plane Deconfined Phase Transition on the Kagome Lattice），文章以重庆大学为第一单位发表在物理学顶级期刊《物理评论快报》（Phys. Rev. Lett. 120, 115702 (2018)）。

图1

图2

图1：通过调节量子涨落，实现从共价键固体态（VBS）到超流态（Superfluid）的相变，其相变类型属于easy-plane NCCP1 类型的退禁闭相变（Deconfined phase transition）；图2：在相边界附近通过调节边界可以观测到分数化粒子激发和量子拓扑弦激发。

粒子一般带有整数化电荷，然而由于几何阻挫(Frustration)和量子涨落的共同作用，如图2所示，系统会出现分数化粒子（黑色上下三角）激发以及弦形式（绿线）的拓扑激发。神奇的是，分数化粒子可以映射为磁单极子，量子弦激发则映射为磁场线，从而系统的有效理论为描述两种不同类型磁单极子的格点规范场论。根据有效理论，此类量子拓扑激发有可能会导致相变超越朗道范式的描述，从而具有许多新奇的现象。张学锋研究组通过大规模量子蒙特卡洛数值方法模拟了约15000个量子自旋，发现在Kagome晶格中由共价键固体态到超流态正是经历了easy-plane NCCP1 类型的退禁闭量子拓扑相变。审稿人评价模拟计算结果达到了世界顶级水平，文章在预印本文库时已经受到麻省理工大学，哈佛大学和中国院物理所等国内外顶级高校研究所的广泛关注。此发现将为量子拓扑相变和拓扑激发提供新的研究平台，从而更进一步拓展人们对于量子拓扑性的认识。

张学锋研究员主页：

http://phys.cqu.edu.cn/info/1034/1661.htm

http://power.itp.ac.cn/~zxf/

文章链接：

Continuous Easy-Plane Deconfined Phase Transition on the Kagome Lattice

X.-F. Zhang (张学锋), Y.-C. He, S. Eggert, R. Moessner, and F. Pollmann

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.115702