搜索网站、位置和人员
新闻活动 开云体育软件官网
近日，西湖大学理学院物理系吴从军课题组在《Physical Review Letters》发表了题为“Spontaneous spin-orbit coupling induced by quantum phonon dynamics”的研究论文。
自旋-轨道耦合作为一种源于相对论物理的单粒子效应，深刻影响着磁性、拓扑材料以及自旋电子学。然而长期以来，人们通常认为材料中自旋-轨道耦合的出现依赖中心反演对称性破缺的晶体结构。如何把自旋-轨道耦合和量子多体物理紧密结合起来，从而拓宽其研究框架，成为凝聚态物理学的一个重要问题。作者之一早年曾提出一种独立于相对论之外的机制，把自旋-轨道耦合当作一种非常规磁性的序，通过费米面不稳定性的量子相变来产生（Phys. Rev. Lett. 93, 36403 (2004)）。 该机制已经发展成为凝聚态物理中非常规磁性的研究方向，和之后的交错磁性研究有密切的联系。
在本研究中，研究团队首次提出了一种完全不同的自旋-轨道耦合起源：通过引入一种新奇的电子-声子间的自旋依赖的相互作用，自旋-轨道耦合可作为一种有序相的序参量在对称晶格中自发涌现。团队不仅构造了其耦合形式，而且通过数值意义上精确的量子蒙特卡洛算法，发现了该机制诱导出自发产生的自旋-轨道耦合的新奇量子相——自旋通量态。这种晶格振动诱导的动态自旋-轨道耦合，将量子材料中的声子、轨道、自旋三种自由度紧密联系了起来，是对新型量子物态的有益探索。
西湖大学博士生张翔宇为该工作第一作者，南京大学王达教授和西湖大学讲席教授吴从军为该工作共同通讯作者。
什么是“自旋-轨道耦合”？
它为什么重要？
自旋-轨道耦合本质上是电子自旋与其轨道运动间的量子力学相互作用，源于相对论效应。有一个直观的图像可以帮助我们理解其物理：当电子在原子核所产生的电场中运动时，在电子的参考系，是原子核在围绕着电子做圆周运动，形成了环电流。因此，电子会“感受”到环电流带来的依赖于相对速度的磁场。另一方面，电子不仅带电运动，还具有内禀的自旋。自旋使得电子像一个小磁铁，拥有一个自旋磁矩。电子的自旋磁矩与轨道运动所致磁场之间的相互作用，即为自旋-轨道耦合。