纳米石墨烯自旋链中分数化边缘激发的观测

分数化是指量子系统中的强相互作用导致出现其构成基元中不存在的量子数的激发这一现象。杰出的例子包括分数量子霍尔效应中电荷为 e/3 的激发、一维导电聚合物中的孤子以及拓扑超导体中的马约拉纳态。分数化也被预言会在低维量子磁体中显现，例如一维反铁磁性 S = 1 链。该体系的基本特征是体相中的能隙激发，以及引人注目的是链末端 S = 1/2 的边缘态，导致四重简并的基态，反映了潜在的保护对称性拓扑序。在此，我们利用表面合成制备以 S = 1 多环芳烃三角烯为构筑基元的一维自旋链。借助 4.5 K 下的扫描隧道显微镜与谱学，我们在原子尺度上探测了开放端和环状自旋链中依赖于长度的磁激发，并直接观测到其中的能隙自旋激发与分数化边缘态。精确对角化计算提供了确凿证据，表明这些自旋链由 Haldane 保护对称性拓扑相中的 S = 1 双线性-双二次哈密顿量描述。我们的结果开辟了一种自下而上的途径，用于在纯有机材料中研究强关联量子自旋液体相，并具备实现基于测量的量子计算的潜力。