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量子材料研究的新范式

以精确模型计算及实验揭示拓扑物质特性

■香港大学理学院物理及天文学研究部的孟子杨博士，向来致力探索将理论、计算和实验相结合的新量子材料研究范式。最近，他与北京航空航天大学的李伟博士、复旦大学的戚扬教授、中国人民大学的于伟强教授和南京大学的温锦生教授合作，解开了年诺贝尔物理学奖得奖论说「拓扑相」之谜。拓扑相是以拓扑学原理研究物质分类和相变现象的新兴学科，在凝聚态物理学中发展迅速，其中的Kosterlitz-Thouless(KT)相，自年代提出以来，一直未有在磁性晶体材料中被发现，直到此次研究工作，终于在稀土磁体TmMgGaO4（TMGO）材料中找到其存在的证据。

不久之前，孟博士、李博士和戚教授通过天河1号和天河2号超级计算机，算出了TMGO中KT相的精确模型计算；这一次，团队克服了几个概念上和实验上的困难，通过高灵敏度的核磁共振（NMR)和磁化率测量（检测材料磁响应的方法)，成功地发现了该稀土磁体中的KT相及其相变。团队以NMR技术进行实验，是因为其对于微弱磁信号的检测比较灵敏，而磁化率测量亦较易用于实验之中。

拓扑相与拓扑相变的研究虽然在年获得诺贝尔物理学奖，但在磁性晶体材料中，科学界却一直找不着KT相的存在。此次研究实验结果与该团队的量子蒙特卡洛（MonteCarlo

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