量子自旋冰中耦合于演生规范场的分数化物质

电子自旋可以形成称为量子自旋液体的凝聚态长程纠缠相。它们的存在在二维或三维阻挫磁体的模型中被概念化，这些模型在零温下规避对称性破缺序。量子自旋冰（QSI）是一个理论上有充分依据的例子，由演生量子电动力学描述，其激发表现为光子和物质准粒子。后者具有分数电荷，并等价于在一维单态相干相中出现的“自旋子”，其中存在分数化的明确实验证据。然而，在阻挫磁体中，仍难以建立量子自旋液体基态及其分数激发的共识证据。在此，我们使用背散射中子谱学实现了对候选 QSI 材料 Ce$_2$Sn$_2$O$_7$ 的含时磁响应的极高分辨率探测。我们发现一个带隙谱，其具有阈值和峰，与强耦合于背景规范场的分数物质激发（自旋子）的成对产生和传播理论相符。多个峰是 QSI 的 $\pi$-通量相的特定特征，为三维量子自旋液体中的分数化提供了谱学证据。