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人工量子系统已经成为以良好调控方式，实现拓扑物质的新材料体系。到目前为止，实验主要探索无相互作用的拓扑态，而在具有原子分辨率的固态材料体系中，实现多体拓扑相，仍然极具挑战。 今日，中国科学院物理研究所Hao Wang, Peng Fan, Jing Chen，杨锴Kai Yang等，在Nature Nanotechnology上发文，在扫描隧道显微镜中，通过在绝缘MgO薄膜上，组装了自旋1/2钛Ti原子的自旋链和二维自旋阵列，构建了拓扑量子海森堡自旋晶格。设计了量子自旋模型的拓扑相和平凡相，从而实现了一阶和二阶拓扑量子磁体。利用单原子电子自旋共振探测了量子磁体的多体激发，能量分辨率优于100nEV。利用扫描隧道显微镜针尖的原子局域磁场，观察到了各种多体拓扑束缚模，包括拓扑边缘态、拓扑缺陷和高阶角模。这一成果，为模拟相互作用自旋的奇异量子多体相，提供了一种自下而上的构造方法。
Construction of topological quantum magnets from atomic spins on surfaces. 从表面原子自旋，构造拓扑量子磁体。
图1: 在表面上，二聚化反铁磁自旋-1/2晶格的实现。
图2: 6-自旋链的拓扑与平凡构型。
图3: 8-自旋链的拓扑边缘态。
图4: 9-自旋链的拓扑束缚模。
图5: 4×4自旋晶格的高阶拓扑模。 文献链接Wang, H., Fan, P., Chen, J. et al. Construction of topological quantum magnets from atomic spins on surfaces. Nat. Nanotechnol. (2024). https://doi.org/10.1038/s41565-024-01775-2https://www.nature.com/articles/s41565-024-01775-2本文译自Nature。
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