螺旋自旋液体的低能结构

本工作中，我们辨识出螺旋自旋液体中一类此前未被探究的拓扑缺陷——动量涡旋，并揭示了其在塑造此类系统低能物理中的主导作用。螺旋自旋液体是一类具有次广延简并基态的经典自旋液体。它们不同于几何阻挫晶格上的自旋液体，后者的基态简并度是广延的且由局域自旋翻转相连。尽管已有少量实验实现与诸多理论研究，关于其自旋液体性的具体物理图像迄今尚未建立。本工作中，我们研究一个二维螺旋自旋液体模型以回答该问题。我们发现局域动量矢量场可携带以涡旋形式存在的拓扑缺陷，然而其性质与常见的自旋涡旋截然不同。此类涡旋的涨落使系统在中等温度下进入液体相。此外，此类涡旋的有效低能理论表明它们等价于秩-2 U(1)规范理论中分形子（fractons）的四极子，或者等价于弹性理论中向错（disclinations）的四极子。在极低温下，系统冻结为玻璃态，其中这些涡旋形成具有直线型畴壁的刚性网络。我们的工作阐明了螺旋自旋液体的本质，也为理解其量子极限铺平了道路。