探索和揭示新興量子態(tài)一直是凝聚態(tài)物理前沿課題之一。超快光譜學(xué)因其特有的極高時間分辨特性而揭示凝聚態(tài)物理中的諸多未解之謎。層狀電荷密度波（CDW）材料為揭示這些新興物理現(xiàn)象提供了理想的研究平臺。1T-TaS?作為典型的電荷密度波材料，在升溫和降溫過程中經(jīng)歷連續(xù)的電荷密度波相變，很多研究主要聚焦在公度-近公度電荷密度波相變，對于180K以下的公度電荷密度波相的研究較少，僅有少許研究報道了1T-TaS?在公度電荷密度波溫度范圍內(nèi)的行為，提出存在量子自旋液體態(tài)等可能性。
近期，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心SF10i組趙繼民研究團隊與T06組周毅研究員、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)陳仙輝院士研究團隊、清華大學(xué)高等研究中心劉崢研究員等合作，采用超快光譜裝置，研究了電荷密度波材料1T-TaS?的低溫變溫超快動力學(xué)，實驗揭示了1T-TaS?中存在演生新奇量子態(tài)。
實驗上，趙繼民研究團隊采用超快光譜學(xué)探測了1T-TaS?的液氦低溫變溫超快動力學(xué)，在公度電荷密度波溫區(qū)探測到了六支時域的相干態(tài)振蕩模式，其中頻率為2.47THz的模式為電荷密度波的振幅模式（Amplitude Mode），利用超快光譜實驗較高的能量分辨率發(fā)現(xiàn)該模式的頻率、半高全寬以及積分面積等物理量的溫度依賴關(guān)系在65K時發(fā)生了轉(zhuǎn)型（crossover）：各物理量在65-200K滿足通常的T2關(guān)系；然而，在溫度低于65K時卻滿足完全不同的T3.56關(guān)系（圖1）。根據(jù)實驗結(jié)果分析，作者們將65K以下的態(tài)歸為多自由度耦合作用所演生的新量子態(tài)。研究加深了我們對CDW材料的理解，還為探索量子自旋液體等前沿領(lǐng)域提供了新的視角。
圖 1T -TaS2的振幅模式（AM）和相干態(tài)聲子模式各個物理量的溫度依賴關(guān)系。
相關(guān)研究成果近期以“Emergent quantum state unveiled by ultrafast collective dynamics in 1T-TaS?”為題發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《美國國家科學(xué)院院刊》【PNAS 122, e2406464122 (2025)】。博士生加孜拉·哈賽恩、博士后吳艷玲（現(xiàn)為燕山大學(xué)教師）、陳仙輝指導(dǎo)的博士生石夢竹為該研究的共同第一作者，趙繼民研究員為通訊作者，周毅研究員和劉崢研究員在理論上進行了指導(dǎo)與合作，陳仙輝院士團隊提供了高質(zhì)量單晶樣品，博士生吳穹（現(xiàn)為重慶大學(xué)教師）、博士生翟燕妮也參與了相關(guān)研究。該工作近期被《物理》2025年第3期選為封面故事報道。研究受到了科技部國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院、北京市基金委等資助。
編輯：Decoherence
熱門跟貼