（通讯员 曹娇娇）1月20日，《自然·材料》（Nature Materials）在线发表了国家脉冲强磁场科学中心用户南方科技大学吴留锁教授团队题为“Bose-Einstein condensation of a two-magnon bound state in a spin-one triangular lattice”（自旋为1的三角晶格双磁子束缚态的玻色-爱因斯坦凝聚）的论文。该成果依托我校脉冲强磁场设施，由南方科技大学、浙江大学和中国人民大学等单位研究人员合作完成，中心欧阳钟文教授和王振兴副教授提供了脉冲强磁场ESR实验测量。此外，中国科学院合肥强磁场科学中心、中国散裂中子源以及美国橡树岭国家实验室、澳大利亚核科学技术组织等多个单位研究人员也参与了该项研究工作。

费米子可以通过配对形成库珀对，而库珀对的凝聚会形成超导现象。类似的，磁振子作为玻色子也可以配对，并通过凝聚形成特殊的量子相——自旋向列序。然而，不同于费米子，单个玻色子本身就可以凝聚。因此，如何通过实验调控使双磁振子优先于单磁振子凝聚成为该研究的一大难点。

该研究中，研究人员选取具有整数自旋（S=1）的三角晶格反铁磁材料Na₂BaNi(PO₄)₂，通过精确调控磁场，使系统中的多磁振子能级发生特定变化。在此基础上，研究团队通过中子散射、电子自旋共振（ESR）和核磁共振（NMR）等实验，最终确认了配对磁振子的能量低于两个自由磁振子的能量。进一步通过磁场调控，实现了双磁振子束缚态在临界磁场下的优先凝聚，预示着玻色子配对的自旋向列序在饱和磁场下的存在。这一发现为探索新型量子态和复杂相变机制提供了全新的视角。

图为S=1模型的解以及非弹性散射中子、ESR和NMR数据

上述研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目资助。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41563-024-02071-z