最近，北京大學物理學院量子材料科學中心長聘副教授李源的課題組與合作者運用非彈性中子散射實驗和高質量的單晶樣品，在國際上首次完整測定了一種量子自旋液體候選材料的自旋激發譜。相關研究成果以《蜂窩磁性材料Na2Co2TeO6磁有序態和順磁態中的磁激發》（Excitations in the ordered and paramagnetic states of honeycomb magnet Na2Co2TeO6）為題，在線發表于《物理評論快報》（Physical Review Letters）。

“磁阻挫”是指晶體材料中的磁性相互作用彼此矛盾，不利于經典磁有序的形成。由此而獲得增強的量子效應，使磁阻挫體系被認為有希望實現“量子自旋液體”等新奇物態。2006年，Alexei Kitaev提出了一種理論上可嚴格求解的量子自旋液體模型，后來被稱為Kitaev蜂窩模型，該模型通過在二維蜂窩晶格的三種不同取向邊上分別引入彼此正交的三種Ising相互作用實現磁阻挫。在過去十多年里，對Kitaev量子自旋液體的尋找先后引起了在銥（Ir）、釕（Ru）和鈷（Co）等元素的化合物中的研究熱潮。實際材料在低溫下往往仍會出現磁有序，這表明材料中的磁性相互作用偏離了Kitaev蜂窩模型中的理想情形。如果能準確辨別出這些偏離，將有助于對材料實施有針對性的調控，從而達到抑制磁有序并誘導出量子自旋液體態的最終目的。

近年來，李源課題組與合作者開展了一系列針對Na2Co2TeO6這種蜂窩晶格材料的研究。在此前的研究中，他們對材料在低溫下的豐富相變現象進行了仔細的表征【PRB101,085120（2020）;PRB103,L180404（2021）】。最近，運用非彈性中子散射實驗和高質量的單晶樣品，研究團隊在國際上首次完整測定了材料的自旋激發譜。其中低能量段的測量結果表明體系中存在“第三近鄰”距離上的磁性相互作用，這對原本只涉及最近鄰相互作用的Kitaev蜂窩模型是一個重要的補充。同時，實驗觀察到至少六支互無色散交疊的自旋波，這也給體系的磁有序基態和相互作用模型帶來了明確的限制。

（a—b）展示了能量最低的一支自旋波，及其第三近鄰相互作用（J3）有效模型的擬合結果；（c）展示了同一動量路徑上的實驗測量全譜，從中可見至少六支互無交疊的自旋波色散

北京大學物理學院量子材料科學中心已畢業博士生姚偉良為論文的第一作者，李源與姚偉良為共同通訊作者。關鍵的中子散射實驗在日本J-PARC中子源兩位譜儀科學家的通力合作下完成。

上述研究工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金和量子物質協同創新中心的支持。