时间反演对称的U(1)量子自旋液体

我们研究了三维中具有时间反演对称的可能的量子 $U(1)$ 自旋液体。我们找到总计7族这样的 $U(1)$ 自旋液体，由它们涌现的电/磁荷性质区分。我们展示了这些自旋液体如何相互关联。其中两类允许非平庸的受保护表面态，我们对此进行了描述。我们展示了如何通过奴隶粒子（parton）构造访问所有7种自旋液体。我们还提供了它们基态波函数的直观环气体描述。其中一个相是“拓扑莫特绝缘体”，通常描述为涌现费米子“自旋子”的拓扑绝缘体。我们展示该相允许一个显著的对偶描述，作为涌现费米子磁单极的拓扑绝缘体。这导致了拓扑莫特绝缘体一个新的（可能自然的）表面相和一种新的奴隶粒子构造。我们描述了一些不同 $U(1)$ 自旋液体之间的连续量子相变。这七族状态中的每一族都根据其表面性质有更精细的区分，我们通过将这些自旋液体与对称保护拓扑相结合来确定。我们讨论了对于诸如可能蕴含 $U(1)$ 自旋液体的烧绿石量子自旋冰等材料的启示。我们建议拓扑莫特绝缘体作为量子自旋冰哈密顿量在某些参数范围内的可能基态。