量子自旋液体是二维磁性绝缘体材料在低温下由量子涨落和材料的阻挫几何结构共同诱导的一种新型量子物态。由于低温下衍生出的长程量子纠缠，系统的低能激发展现出分数化的典型特征，并且具有超越费米子和玻色子的统计性质。这种分数化激发的最典型例子就是上世纪80年代发现的分数量子霍尔效应中带分数电荷的激发。由于低能激发的奇异统计性质，量子自旋液体态是未来实现拓扑量子计算的重要物质基础。

近十年来，实验上报道了一系列可能的自旋液体材料。尤其近几年来，非弹性中子散射成为刻画自旋液体材料中分数化激发的重要手段。由于激发的分数化，非弹中子散射谱中不再能观测到典型的峰结构。实验中较为重要的结果是对于kagome自旋液体材料Herbertsmithite的测量。然而理论上对于相应kagome自旋模型动力学性质的认识一直不太清楚，从而导致对实验结果的理解也不全面。

针对这一难题，北航3044AM永利集团官网龚寿书老师与长期合作伙伴西湖高研的朱伟教授以及加州州立大学的盛冬宁教授采用大规模密度矩阵重整化群方法研究了kagome自旋系统的动力学结构因子，得到了目前尺寸最大，精度最高的数值研究结果，展现出理论计算和实验观测结果的高度一致，表明实验结果的确支持Herbertsmithite的基态是一个无能隙自旋液体态，也为理解其他材料的非弹性中子散射结果提供了新的思路。

图例：自旋液体材料Herbertsmithite非弹性中子散射谱与kagome Heisenberg自旋系统动力学结构因子数值结果的比较

相关成果以“SpinonFractionalization from Dynamic Structure Factor of Spin-1/2 HeisenbergAntiferromagnet on the Kagome Lattice”为题发表在PNAS (《美国科学院院刊》)。

论文链接：https://www.groundai.com/project/spinon-fractionalization-from-dynamic-structure-factor-of-spin-12-heisenberg-antiferromagnet-on-the-kagome-lattice/1

该工作得到永利官网卓越百人和青年拔尖人才项目的资助。