近日，理学院物理系杨柯副教授与合作者以 “Kitaev interaction and possible spin liquid state in CoI2 and Co2/3Mg1/3I2” 为题，在国际物理学期刊 《Physical Review B》上以 Letter 形式发表研究成果。杨柯副教授为论文共同第一作者，复旦大学物理系吴骅教授为通讯作者。
量子自旋液体是一类在极低温下仍不形成传统磁有序的强关联量子态，被认为可能承载分数量子激发和非阿贝尔任意子，在拓扑量子计算等前沿方向具有重要潜在应用价值。然而，在真实材料体系中，常规磁相互作用与几何阻挫效应往往不可避免，使得量子自旋液体的实验实现长期面临挑战。近年来，具有强自旋-轨道耦合和键依赖型相互作用的 Kitaev 模型被认为是实现该量子态的重要理论平台，引发了国际学界的广泛关注。
在本研究中，作者以二维范德华磁体 CoI2为研究对象，综合运用第一性原理计算和多体理论分析方法，揭示了其磁相互作用的微观起源。研究发现，CoI2中的磁性离子在强自旋-轨道耦合条件下形成各向同性的 Jeff=1/2 基态，体系具有显著的键依赖型 Kitaev 相互作用，但第三近邻磁交换引入的几何阻挫最终导致螺旋反铁磁有序。进一步研究表明，通过对 Co 位点进行 Mg 的部分取代，可有效削弱几何阻挫效应，使体系显著逼近 Kitaev 量子自旋液体相区。该成果为设计和调控量子自旋液体候选材料提供了新的理论思路，也为探索新型量子物态奠定了重要基础。
Co2/3Mg1/3I2的相图
论文链接：https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/c6r4-fgj5