近日，物科院房铁峰教授与北京大学合作者对分子自由基对的量子相变研究取得新进展。相关研究成果以“Quantum Phase Transition of a Molecular Radical Pair（分子自由基对的量子相变）”为题发表在国际顶级期刊Journal of the American Chemical Society（美国化学会志）上。房铁峰和北京大学王永锋教授、孙庆丰教授、吴凯教授、张亚杰副研究员为论文的共同通讯作者。
量子相变是现代凝聚态物理学的核心课题之一。与日常生活中由热涨落驱动的相变（如冰融化）不同，量子相变发生在热涨落完全消失的绝对零度。当压力、化学组成或磁场等非热控制参数发生的变化达到量子相变的临界点时，系统的基态即使在绝对零度下也会发生转变。量子相变也可以在有限温度下发生，在相图中表现为在量子相变临界点附近形成量子相变临界区，会产生奇异物质相和非费米液体行为。这些现象已在量子点、高温超导体、重费米子金属和磁性绝缘体等体系中出现。研究和理解量子临界相变除了可以推动新型块体量子材料的合成，也有助于人工设计量子效应显著的微尺度系统。
在该工作中，房铁峰教授与北京大学合作者结合扫描隧道显微镜（STM）和数值重整化群（NRG）方法，通过精准调控金(111)表面自组装的视黄酸（ReA）分子自由基对的自旋交换相互作用，在该人工构筑的自旋对中实现了磁场驱动的反铁磁-铁磁量子相变，并观测到临界点附近由于强烈的量子涨落而产生的近藤共振现象。基于模型哈密顿量的NRG计算结果完美再现了所有STM谱学特征，从而验证了实验现象的微观物理机制。这项研究不仅在人工分子自旋对体系中实现了量子相变的精准观测与调控，还建立了一个连接理论模型与实验可测物理量的分子平台。未来，通过扩展该方案，有望构筑更复杂的人工自旋晶格，模拟高温超导、量子磁性等强关联电子体系中的新奇量子态，也可为量子计算和下一代电子器件的发展提供新思路。
《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society，简称JACS）由美国化学会于1879年创办，迄今已有140余年的历史，是全球化学领域最具影响力的顶尖学术期刊之一，被Nature Index收录，中科院JCR分区一区，影响因子15.6。
（于忠卫）
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.6c02338
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