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我院2004级院友王喆作为第一作者在Nature上发表其最新研究成果

我院04级院友王喆与合作者在实验上首次观测到量子多体贝特弦态(Bethe Strings),该成果发表在 2018年2月8日的《自然》杂志上。

1931年,德国物理学家汉斯·贝特(Hans Bethe)发表了题为Eigenwerte und Eigenfunktionen der linearen Atomkette(《线性原子链的本征值和本征函数》)的文章。他在另一位物理学家维尔纳·海森堡(Werner Heisenberg)理论工作的基础上,提出了一种严格研究一维量子多体系统的理论方法。利用这种今天被称为Bethe Ansatz的统计物理方法,作为反映电子集体行为的贝特弦态(Bethe strings)可以被严格描述。在这项新研究中,贝特弦态也被称为“磁激发的复杂束缚态”。早在1931年的那篇文章里贝特就从理论上预言了它们的存在,后人又对其理论进行了发展,但直到最近才出现了合适的实验材料和高度复杂的技术来检验它们的存在。

实验观测始于研究人员合成了SrCo2V2O8晶体,实现了反铁磁Heisenberg-Ising(海森堡-易辛)自旋链。然后他们使用高分辨率太赫兹光谱在强磁场中观测自旋的激发态。通过与Bethe Ansatz计算的比较,贝特弦态最终确认在光谱中被观测到。这个工作不仅使人们对量子磁性物理中动力学的研究更进一步,而且他们的发现也可以推动其他物理领域的研究,如冷原子物理和弦论。

图a是SrCo2V2O8自旋链的一个基态,图b和c分别表示长度为2和3的弦态,即2-string和3-string

王喆 简历:

2004-2008 本科,南京大学匡亚明学院;

2008-2010 硕士,德国奥古斯堡大学,法国波尔多大学;

2010-2015 博士,德国奥古斯堡大学;

2015-2016 博后,德国奥古斯堡大学;

2017-至今,博后,德国德累斯顿亥姆霍兹研究中心


更多信息:   Zhe Wang et al. Experimental observation of Bethe strings, Nature (2018). DOI: 10.1038/nature25466

                    https://m.phys.org/news/2018-02-bethe-experimentally.html

摘要:Almost a century ago, string states—complex bound states of magnetic excitations—were predicted to exist in one-dimensional quantum magnets. However, despite many theoretical studies, the experimental realization and identification of string states in a condensed-matter system have yet to be achieved. Here we use high-resolution terahertz spectroscopy to resolve string states in the antiferromagnetic Heisenberg–Ising chain SrCo2V2O8 in strong longitudinal magnetic fields. In the field-induced quantum-critical regime, we identify strings and fractional magnetic excitations that are accurately described by the Bethe ansatz. Close to quantum criticality, the string excitations govern the quantum spin dynamics, whereas the fractional excitations, which are dominant at low energies, reflect the antiferromagnetic quantum fluctuations. Today, Bethe's result is important not only in the field of quantum magnetism but also more broadly, including in the study of cold atoms and in string theory; hence, we anticipate that our work will shed light on the study of complex many-body systems in general.

Bob Yirka @  Phys.org(邹大维 译)   
点击次数:72 更新时间:2018-02-12【打印此页】【关闭】