摘要：量子自旋轨道液体是一类具有长程量子纠缠的新奇量子物态，因其丰富而独特的物理性质，如拓扑序、任意子激发、去禁闭的分数化激发等，在过去几十年间引起了不同领域物理学家的广泛关注和深入研究。然而，与传统的自发对称性破缺相不同，量子自旋轨道液体的实现通常要求量子体系满足

近日，清华大学高等研究院姚宏研究组在量子物理领域取得了重要进展，他们首次提出了高自旋的姚-李模型(Yao-Lee model)，并详细阐述了该模型的基态是一种新奇的量子自旋轨道液体(quantum spin-orbital liquid)。这一研究成果不仅为探索新奇拓扑物态提供了新的方向，还有望推动拓扑量子计算及新型材料设计领域的发展。

量子自旋轨道液体是一类具有长程量子纠缠的新奇量子物态，因其丰富而独特的物理性质，如拓扑序、任意子激发、去禁闭的分数化激发等，在过去几十年间引起了不同领域物理学家的广泛关注和深入研究。然而，与传统的自发对称性破缺相不同，量子自旋轨道液体的实现通常要求量子体系满足更为严苛的条件，如足够强的自旋或轨道阻挫，这使得在材料预测和实验验证中确定量子自旋轨道液体具有挑战性。此外，目前理论上已知能够实现这种量子物态的二维微观晶格模型仍然非常稀少。

姚宏研究组在研究中将自旋1/2的姚-李模型推广到高自旋，并证明其基态具有非平庸的拓扑序。自旋S=1/2的姚-李模型由姚宏教授和加州大学伯克利分校的李东海教授于2011年提出，在先前研究中被发现具有严格可解性，其拓扑激发可具有自旋对称性保护的多重马约拉纳零能模。然而，高自旋的姚-李模型的基态目前尚不能被严格求解，姚宏研究组通过分析高自旋的姚-李模型的严格的规范结构，证明其基态必定为拓扑非平庸的量子自旋轨道液体。

更进一步，研究通过可控的理论分析，论证了这些高自旋模型可实现无能隙甚至非阿贝尔的量子自旋轨道液体相，并构造了严格的去禁闭非阿贝尔自旋分数化激发。这一发现有望为拓扑量子计算提供新的前景。

这一研究得到了国家自然科学基金委员会理论物理专项、科技部重点研发项目、新基石科学基金会“科学探索奖”、清华大学水木学者计划等的资助。姚宏研究组的研究成果不仅为量子物理领域带来了新的突破，也为未来拓扑量子计算和新型材料设计领域的发展提供了新的思路和方向。

相关研究成果以Exact Deconfined Gauge Structures in the Higher-Spin Yao-Lee Model: A Quantum Spin-Orbital Liquid with Spin Fractionalization and Non-Abelian Anyons为题，于近日发表于《物理评论快报》(Physical Review Letters)。清华大学高等研究院博士后武争志(现为牛津大学博士后)和2018级博士生张景云为论文共同第一作者，教授姚宏为论文通讯作者。

来源：前沿前端与编程