量子自旋液体是指系统中有很强自旋关联，但到绝对零度都不出现磁有序的一种物质形态。这种由量子涨落和磁阻挫共同作用导致的奇异物质形态，在上个世纪70年代由诺贝尔奖得主安德森提出以来，一直受到极大关注，已经渗透到凝聚态物理研究的各个方向。
最近，我院青年教师王艳成博士在量子自旋液体领域取得重要进展。王艳成博士和耶鲁大学程蒙教授，蒙特利尔大学William Witczak-Krempa教授以及香港大学孟子杨教授组成的国际研究团队，采用大规模量子蒙特卡洛模拟与理论分析相结合的研究方法，系统计算了以BFG 模型（如图1 (a) 所示）为例的(2+1)维XY*量子临界区的电导。研究发现零温下基态高频电导是传统(2+1)维XY量子临界点电导的1/4，该电导的分数化由Z2量子自旋液体中任意子——自旋子（spinon）的电荷分数化所致。在高温区，任意子vison激发导致另外一种分数化，系统会在该量子临界区涌现出动力学自对偶行为，如图2所示。
图1. (a) kaome晶格及BFG模型；(b) BFG 模型的相图示意图：Z2量子自旋液体相（Z2QSL）和其中分数化准粒子电荷示意图，超流相(SF)以及两相之间的（2+1）维XY*相变点与量子临界区。T*为涌现自对偶温度。
图2. 不同温度（
）下，虚频电导
关于松原频率的变化。在热力学极限下，温度趋于零温时，无穷频电导
。该值在统计误差范围内恰好是传统（2+1）维XY相变点电导
的1/4。自对偶温度
。
这项研究工作为实验上探测量子自旋液体、分数化激发以及相关涌现规范场等新奇量子物质形态提供了新的设计思路。相关研究结果以“Fractionalized conductivity and emergent self-duality near topological phase transitions”为题发表于国际著名学术期刊《自然通讯》（Nature Communications 12，5347 (2021)）。
王艳成老师为论文第一作者，中国矿业大学为第一单位。该研究得到了国家自然科学基金（No. 11804383）、江苏省自然科学基金(No. BK20180637 )、中国矿业大学中央高效基本科研业务费专向资金(No. 2018QNA39)以及厚理计划等项目的资助。研究团队感谢国家超算天津和广州中心天河超级计算平台在大规模量子蒙特卡洛计算方面的帮助。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-25707-z
