近日，我系赵俊实验课题组与陈钢理论课题组合作利用中子散射以及热力学手段研究了阻挫稀土磁性材料TmMgGaO₄中的隐藏序（hidden order）及其量子激发行为。相关研究论文“Intertwined dipolar and multipolar order in the triangular-lattice magnet TmMgGaO₄”于10月8日在国际权威期刊《自然·通讯》(Nature Communications)上在线发表（DOI: 10.1038/s41467-019-12410-3）。我系沈瑶、刘长乐、秦亚媛和申守栋分别为该论文的前四名作者，赵俊教授和陈钢教授为本文的通讯作者。

在传统相变理论中，不同的物质形态往往可以通过其破缺对称性的方式及相应的序参量来刻画。在一系列以重费米子系统为代表的体系中，一些物质相其对应的序参量与目前的常规实验手段无法直接耦合，因此实验上的探测非常困难。这样的物质形态因此被叫做隐藏序，也因此被称为凝聚态中的“暗物质”。隐藏序的研究对理解重费米子系统中的超导、量子临界等行为等有着重要意义，但由于重费米子系统的复杂性，其研究较为困难。稀土磁性材料为隐藏序的研究提供了很好的契机。一方面由于稀土元素的自旋轨道耦合效应比较强，为诱导隐藏序提供了很好的物理基础；另一方面，由于其电子关联较强，系统的电荷自由度被冻结，在低能下只有磁性自由度，理论上建模以及理解相对容易。赵俊实验组与陈钢理论组合作，结合中子以及热力学实验手段研究了TmMgGaO₄材料的隐藏序，并给出其有效模型。他们指出该系统的磁结构包含着共存的反铁磁序以及隐藏序；并且由于系统低能自由度的特殊结构，隐藏序的激发可以被非弹性中子手段直接探测。他们进一步指出了该系统的低能行为可以被横场伊辛模型很好地描述。该合作工作对隐藏序的研究提供了新的思路。这项工作使用的高质量大尺度TmMgGaO₄单晶样品由光学浮区法合成，中子散射实验在英国卢瑟福阿普尔顿实验室的LET谱仪和德国FRMII实验室的PANDA谱仪上完成，实验过程得到了谱仪科学家Robert Bewley博士和Astrid Schneidewind博士的协助。这项工作得到了上海市教委科研创新计划重大项目，科技部973计划和重大研究计划以及香港RGC的共同资助。

TmMgGaO₄单晶的中子散射激发谱（上图）以及横场伊辛模型理论计算结果（下图）的对比。