三角晶格上的自旋超固态——从新奇量子自旋态到极低温磁制冷

报告人

李伟 研究员

中国科学院理论物理研究所

时间

2026年5月9日（星期六）上午10：00

地点

物质科学教研楼B902会议室

报告摘要

自旋超固态同时自发破缺晶格平移对称性和自旋旋转对称性，是一种在接近绝对零度时涌现的新奇量子物态。最近，我们利用自主发展的有限温度张量网络方法[1]，精确确定了钴基量子反铁磁体 Na₂BaCo(PO₄)₂的微观自旋哈密顿量为易轴三角晶格海森堡模型。从理论上澄清了围绕该材料的实验分歧，并指出其中存在人们长期追寻的自旋超固态[2]。通过理论实验密切合作，首次确认了该物态在实际材料中的存在，并观测到了由其强烈自旋涨落导致的磁制冷效应 —— 命名为自旋超固态巨磁卡效应[3]。中子散射实验与自旋动力学计算研究[4]揭示了导致巨磁卡效应的丰富低能激发。此外，利用热态张量网络，我们进一步预言体系的无耗散磁激发可携带超自旋流，并可通过自旋塞贝克效应来产生[5]。除了绝缘体系，我们最近发现自旋超固态亦可存在于金属中，可兼顾极低温和高热导。我们建立了 RKKY-偶极相互作用理论来理解在金属间化合物中的自旋超固态[6]。

参考文献：

1. Q. Li, Y. Gao, Y.-Y. He, Y. Qi, B.-B. Chen, WL, Tangent Space Approach for Thermal Tensor Network Simulations of the 2D Hubbard Model. Phys. Rev. Lett. 130, 226502 (2023).

2. Y. Gao, Y. Fan, H. Li, [...], Y. Wan, WL. Spin supersolidity in nearly ideal easy-axis triangular quantum antiferromagnet Na₂BaCo(PO₄)₂. Npj Quantum Mater. 7, 89 (2022).

3. J. Xiang, C. Zhang, Y. Gao, [...], W. Jin, WL, P. Sun, G. Su, Giant magnetocaloric effect in spin supersolid candidate Na₂BaCo(PO₄)₂, Nature 625, 270 (2024).

4. Y. Gao, C. Zhang, [...], W. Jin, G. Su, and WL, Double magnon-roton excitations in the triangular-lattice spin supersolid, Phys. Rev. B 110, 214408 (2024).

5. Y. Gao, Y. Huang, S. Maekawa, WL, Spin Seebeck Effect of Triangular-lattice Spin Supersolid, Phys. Rev. Lett. 135, 236504 (2025).

6. M. Shu, X. Xu, [...], WL, J. Ma, Z. Qu, Giant Magnetocaloric Effect and Spin Supersolid in a Metallic Dipolar Magnet, Nature 651, 61 (2026).