倾斜梯子结构中四极相与磁化平台的量子涌现及其低场特性研究

研究人员针对自旋-1/2倾斜梯子(J1 -J2 模型)在磁场中的量子相变难题，通过精确对角化(ED)和密度矩阵重整化群(DMRG)方法，首次在3/4和5/5梯子中发现1/3磁化平台下的四极相(QP)，并系统揭示了3/4、5/5、3/5梯子的分数磁化平台(如m=1/3,1/4等)形成机制，为低维磁性材料设计提供了新思路。

　　

在凝聚态物理领域，低维量子磁体因其丰富的相变行为一直是研究热点。传统理论认为，四极相(QP)通常存在于具有铁磁交换作用的高磁场区域，而倾斜梯子结构中的反铁磁系统能否在低场下产生此类相变仍属未知。印度科学院和南京大学的研究团队通过构建3/4、5/5、3/5三种倾斜梯子模型，揭示了这些系统在仅含反铁磁交换作用时仍能涌现出突破常规的量子现象。

研究采用精确对角化(ED)和密度矩阵重整化群(DMRG)两大数值方法，对包含周期性边界条件的有限尺寸系统进行模拟。通过计算磁化强度(m)随磁场(B)的变化曲线，结合双磁子束缚能分析和自旋构型解析，系统研究了J₁
/J₂
参数空间中的相变行为。

Plateau states in 3/4, 5/5 and 3/5 ladders
在3/4梯子中发现m=1/3和2/3平台，其宽度随J₁
增大先增后减；5/5梯子呈现更丰富的m=0/1/3/2/3平台序列，其中1/3平台存在于整个参数空间；3/5梯子则表现出m=1/4/1/2/3/4的分数平台。所有平台态均满足Oshikawa-Yamanaka-Affleck(OYA)拓扑约束条件，通过自旋密度分布图证实这些平台对应着周期性调制自旋密度波。

QP phase in 3/4 and 5/5 ladder
突破性发现在于3/4和5/5梯子在m<1/3区域出现ΔM=2的量子跃迁，这是双磁子凝聚形成四极相的标志。通过计算双磁子束缚能E_b
发现：当E_b

0时系统进入QP相，其序参量表现为自旋向列排列。特别值得注意的是，5/5梯子在J₁
=1.2时出现E_b
峰值，对应最强的双磁子关联效应。

Summary and conclusions
该研究首次在纯反铁磁倾斜梯子中实现低场四极相，修正了传统理论对QP相形成条件的认知。3/4梯子的QP相存在于J₁
<1.58范围，而5/5梯子在整个参数空间均稳定存在。通过建立自旋倾斜角θ与磁化强度m的线性关系θ∝m，为实验探测提供了理论依据。这些发现为设计基于碳基材料（如石墨烯晶界）的新型量子磁体开辟了道路，相关成果发表于《Journal of Magnetism and Magnetic Materials》。