香港大学 热力学测量和实验结果的张量网络拟合
学分:香港大学 香港大学(HKU)、中国科学院物理研究所、松山湖材料实验室、北京航空航天大学和上海复旦大学的联合研究团队为现代量子材料研究提供了一个成功的范例
通过在世界上最快的超级计算机(天津国家超级计算机中心的天河一号和天河三号以及广州国家超级计算机中心的天河二号)上进行的最先进的量子多体模拟，他们实现了稀土磁体TmMgGaO4 (TMGO)的精确模型计算
他们发现，在正确的温度范围内，这种材料可以实现人们长期追求的二维拓扑Kosterlitz-thoulse(KT)相，从而完成了半个世纪以来对量子磁性材料中KT物理的探索
这项研究已经发表在《自然通讯》上
量子材料正在成为人类社会持续繁荣的基石
从超越摩尔定律的下一代人工智能计算芯片，到高速磁悬浮列车和量子计算机的拓扑单元，沿着这些路线的研究都属于量子材料研究的领域
然而，这样的研究绝非易事
困难在于科学家必须以量子力学的方式解决材料中的数百万个电子(因此量子材料也被称为量子多体系统)，这远远超出了纸和笔的时间，而是需要现代量子多体计算技术和先进的分析
由于全世界超级计算平台的快速发展，科学家和工程师们现在正在大量利用这些计算设施和先进的数学工具来发现更好的材料，以造福我们的社会
这项研究受到了2016年诺贝尔物理学奖获得者迈克尔·科斯特利兹、大卫·索利斯和邓肯·霍尔丹倡导的KT相理论的启发
他们因在拓扑相和物质相变方面的理论发现而获奖
拓扑学是凝聚态物理中一种新的分类和预测材料性质的方法，目前正成为量子材料研究和工业的主流，在量子计算、信息技术信号无损传输等方面有着广泛的潜在应用
早在20世纪70年代，科斯特利兹和索尔兹就预言了量子磁性材料中拓扑相的存在，因此以他们的名字命名为KT相
然而，尽管在超流体和超导体中已经发现了这种现象，但是在块状磁性材料中还没有实现KT相
这个联合小组由Dr
子孟洋来自HKU，博士
北京航空航天大学的李玮和复旦大学的杨琦教授
他们的共同努力揭示了TMGO材料的综合性能
例如，通过自调节张量网络计算，他们计算了模型系统在不同温度、磁场下的性质，并通过与相应材料的实验结果进行比较，他们确定了正确的微观模型参数
有了正确的微观模型后，他们进行了量子蒙特卡罗模拟，获得了不同温度下的中子散射磁谱(中子散射是对材料结构及其磁性的既定探测方法，离香港最近的此类设施是广东东莞的中国散裂中子源)
在M点具有独特特征的磁谱是拓扑KT相的动态指纹，这是半个多世纪前提出的
“这项研究工作提供了块状磁性材料中拓扑KT现象的缺失部分，并完成了半个世纪的追求，最终获得了2016年诺贝尔物理学奖
由于物质的拓扑相是当今凝聚态和量子材料研究的主题，预计这项工作将激发许多后续的理论和实验研究，事实上，在联合团队和我们的合作者之间已经获得了进一步识别量子磁体拓扑性质的有希望的结果
孟
医生
孟补充说:“香港、北京和上海的联合团队研究也建立了现代量子材料研究的协议，这样的协议必将导致在量子材料方面更深刻和更有影响的发现
如今，我们智能手机的计算能力比20年前的超级计算机更强大，人们可以乐观地预见，有了正确的量子材料作为构建模块，20年后的个人设备肯定会比现在最快的超级计算机更强大，日常电池的能源成本最低
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