学术预告 | 中子科学与技术中心学术报告第40期：阻挫磁体的量子退火现象

主办单位：

  中子科学与技术中心

  广东省磁电物性分析与器件重点实验室

报告人：李岳生 教授（华中科技大学国家脉冲强磁场中心）

题目：阻挫磁体的量子退火现象

地点：南校园哲生堂307讲学厅

时间：2024年4月29日（星期一）下午14:30

主持人：王猛 教授

退火是系统自动寻找最优解（即能量最低状态，简称基态）的过程。“退火”具有广阔且重要的运用场景，尤其是复杂系统从可能解中自动找到最优解的过程，如材料高温退火，更新退火算法等。本次报告主要从原子尺度探讨磁性材料的退火现象。

常见的退火现象发生在相对高温，被称为经典退火。相对高温下，热涨落强，系统易自发从亚稳态逐渐向基态演化。而在极低温下，热涨落几乎为零，系统可能卡死在亚稳态，退火被迫终止。这时如果通过外界手段增强系统的量子涨落，引发隧穿效应，可能使得退火继续发生，这被称为量子退火。量子退火在未来量子计算和信息技术等领域具有美好应用前景。

在无明显化学无序的α-CoV2O6单晶中，铁磁（相互作用强度：J ~ 30 K）的 (Kramers Co2+) Ising自旋链通过反铁磁链间耦合形成阻挫的三角晶格。实验表明该系统在~1 K以下 (远小于J) 卡死在低磁化强度的亚稳态：在15小时的测量窗口内没有观测到任何进一步的退火现象。大尺度经典蒙卡计算表明该系统在低温下卡在拓扑的Kosterlitz-Thouless亚稳态，与实验符合。外加横向磁场，可以强制破缺系统的时间反演对称性，微弱劈开Co2+的Kramers双重简并单离子态，等效于施加一个微弱的横场（一般小于~0.1 K），但隧穿几率可以增加8个量级左右，从而诱导多体量子退火，系统迅速进入磁化强度较高的状态（更稳定）。极低温测量表明：由于量子退火效应自旋系统的弛豫时间缩短为10秒左右。施加弱横场的量子蒙卡模拟计算自然解释上述实验现象。

▲经典退火（左）和量子退火（右）示意图。

李岳生（yuesheng_li@hust.edu.cn），2009年本科毕业于湖南大学材料科学与工程学院材料物理专业。2014年博士毕业于中国人民大学物理系师从张清明教授。2016-2019年在德国奥格斯堡大学关联电子与磁性研究中心实验6组从事博士后研究工作师从Philipp Gegenwart教授。2019年至今在华中科技大学国家脉冲强磁场中心工作，2020年入选国家人才计划。研究方向是多体强关联量子磁性材料。研究手段和兴趣包括：材料生长，极低温热力学磁性、脉冲强磁场、中子散射、缪子自旋弛豫等实验测量，DMRG、精确对角化、蒙卡、第一性原理等计算模拟方法。在PRL, PRX, Nat. Comm.等期刊上发表论文30余篇，引用2175次，h-index为19。