基于纳米石墨烯的反铁磁自旋-1/2海森堡链中的无能隙自旋激发

Haldane的开创性工作确立了反铁磁海森堡量子自旋链中两种根本不同的激发谱类型：整数自旋链中的有能隙激发和半整数自旋链中的无能隙激发。然而，在有限长度的半整数自旋链中，量子化会在激发谱中诱导出一个能隙，其上限由李布-舒尔茨-马蒂斯（LSM）定理给出。在此，我们研究了通过共价键连接olympicenes——携带自旋-1/2的奥林匹克环形状纳米石墨烯——所形成的一维链中的长度依赖激发。olympicenes之间的大交换相互作用（J~38 mV）以及这些纳米石墨烯中可忽略的磁各向异性，使其成为研究量子自旋激发的理想平台，我们使用非弹性电子隧穿谱对其进行了直接测量。我们观察到最低激发能量随链长L的增加呈幂律衰减，且始终低于LSM边界。在长链L=50中，观察到近乎V形的激发连续谱，进一步证实了该系统在热力学极限下的无能隙特性。最后，我们利用低偏压电流图可视化了奇数链中单个自旋子的驻波。我们的结果为实现一维无能隙自旋液体的类比提供了令人信服的证据。