SU(N) 费米子中竞争序的出现与可能的量子自旋液体

过去数十年间，人们为理解强关联系统中各类有序趋势竞争所涌现的奇异物理付出了巨大努力。利用最先进的量子蒙特卡洛模拟，我们研究了一个随相互作用强度与 $N$ 值变化的相互作用 SU($N$) 费米子模型，并揭示了该模型展现众多奇异相的基态相图。对于较小的 $N$ 值，即 $N=2,3$，基态为反铁磁（AFM）相；而在大-$N$ 极限下，价键固体（VBS）序占主导。对于 $N$ 的中间值如 $N=4$，我们的研究惊人地揭示出弱耦合与强耦合区出现了不同的 VBS 序。更奇妙的是，交错与列状 VBS 有序趋势之间的竞争催生了一个无自发对称性破缺（SSB）的 Mott 绝缘相，其存在于较大的相互作用参数区间，这与有能隙的量子自旋液体一致。我们的研究不仅为探究量子多体系统的基础物理提供了平台，也为在现实量子材料中寻找量子自旋液体等奇异物质态提供了新途径。