近期，中山大学物理学院、本实验室的姚道新教授团队对蜂巢交错磁体上的高阶拓扑磁子态开展了系统而深入的理论研究。研究团队聚焦于一种具有反铁磁层间耦合的蜂巢交错磁体模型，通过理论推导与数值模拟相结合的方法，在玻色 Bogoliubov–de Gennes（BdG）理论框架下深入分析了磁子的拓扑能带结构。研究发现，该体系可存在二维角态与三维铰链态的高阶拓扑磁子绝缘体态（Higher-Order Topological Magnon Insulator, HOTMI），为实现低能耗、自旋方向可控的拓扑磁子器件提供了新的理论基础。 在本研究中，研究团队通过追踪Wannier中心的绝热演化，可以识别出二阶拓扑磁子绝缘体（Second-Order Topological Magnon Insulator, SOTMI）的体极化特征，其中多种磁子能谱展示了超越常规拓扑的对称性保护能带结构。值得一提的是，在蜂巢晶格交错磁体上，磁子拓扑现象并不局限于高阶拓扑范畴。姚道新教授团队在之前的研究中提出了具有一阶拓扑磁子态的共线交错磁蜂巢晶格模型，该模型通过打破次近邻交换耦合的对称性而无需引入 Dzyaloshinskii–Moriya 相互作用（DMI），即可在磁子能带中实现 Weyl 磁子与 Z2节线磁子( arXiv:2407.18379 )。在此基础上，本文进一步引入最近邻（NN）调节参数 δ1 和次近邻（NNN）调节参数 δ2 打破了反演对称性，区分了具有相反手性的磁子模，从而在体谱中形成了有能隙的声学和光学分支，这与传统石墨烯中的无能隙狄拉克点特性截然不同。该工作不仅深化了人们对交错磁体上高阶拓扑的理解，也为基于磁子的量子计算与信息处理提供了新的理论框架与实验指引。 值得注意的是，围绕蜂巢晶格交错磁序的拓扑效应并不局限于磁子体系。在电子体系中，相关研究（arXiv:2412.03657）提出了一种无需自旋轨道耦合（SOC）的石墨烯衍生交错磁体模型。这些结果从电子与磁子两个层面共同表明，蜂巢交错磁体为研究体-边对应关系、拓扑输运与多阶拓扑态提供了一个高度统一的物理平台。图注：图（a）和图（b）为蜂巢交替磁体在反铁磁层间耦合晶胞中的二维和三维示意图，其中A、B、C、D是磁性奈尔序中的四个不同子晶格。图（c）和图（d）展示了J'2/J2=0.8 时角态磁子|Ψn|2，其中δ1和δ2均为-0.4。图（e）在尺寸为Nx×Ny=20×20的有限尺寸晶格上进行数值模拟，揭示了沿边缘单向传播的局域化铰链态。图（f）三维铰链态示意图，铰链态以红色箭头标示。 该研究成果以“Higher-Order Topological States in Chiral Split Magnons of Honeycomb Altermagnets”为题发表在Chinese Physics Letters（DOI 10.1088/0256-307X/42/12/120703）。中山大学物理学院、本实验室研究生郭璇、张梦菡为论文的共同第一作者，中山大学姚道新教授为论文的通讯作者。上述工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省磁电物性分析与器件重点实验室、广东省磁电物性基础学科研究中心（物理学）、粤港澳大湾区（广东）量子科学中心等的资助。

近日，中山大学物理学院、本实验室的姚道新教授在双层镍氧超导体的稀土元素掺杂理论研究中取得重要进展，针对化学压力如何调控镍氧超导体La3Ni2O7超导转变温度的问题展开了系统的理论研究，在理论上清晰揭示了稀土元素掺杂提升超导转变温度Tc的非单调特征及物理机制。 自双层镍氧超导体La3Ni2O7的高温超导电性发现以来，镍氧超导体引起了凝聚态物理领域的广泛关注。一个关键的挑战在于如何进一步提升超导转变温度。通过镧位替换稀土元素引入化学压力在铁基超导体中被证实是调控超导转变温度的有效手段。然而，实现完全替换稀土元素在实验层面仍存在重大挑战。因此，部分掺杂对镍氧超导体La3Ni2O7的晶体结构、电子性质和超导机制的影响成为一个至关重要的问题。 姚道新教授团队通过密度泛函理论与重整化平均场理论系统研究了Nd掺杂La3Ni2O7体系。第一性原理计算表明，Nd掺杂会导致晶格常数和Ni的层间距减小，产生类似物理加压的影响。然而，面内Ni-O-Ni键角随掺杂浓度增加呈现非单调变化趋势：在70%（约2/3）Nd掺杂浓度时达到最大值，随后在80%掺杂时急剧减小。此外，相较于Ni-dx2-y2轨道，Nd掺杂对Ni-dz2电子能带的影响更为显著，揭示了稀土掺杂具有轨道依赖性。基于双层两轨道t−J模型的重整化平均场理论结果表明体系具有s±波配对对称性，且超导转变温度在约70% Nd掺杂时达到峰值而后下降。超导转变温度的变化是持续增强的层间超交换耦合Jz与逐渐降低的轨道电子占据数之间竞争的结果。该研究揭示了结构调控、轨道杂化与超导电性之间微妙的关联效应，对其它稀土元素Sm、Pr、Tb、Yb等的掺杂效应有重要的指导意义,为设计更高超导转变温度的镍氧超导体提供了重要线索。图1：（a）Nd掺杂La3Ni2O7的晶体结构。Nd掺杂La3Ni2O的层间超交换耦合（b）和超导温度（c）随掺杂浓度的变化趋势。 该研究成果以“Electronic structures and superconductivity in Nd-doped La3Ni2O7”为题发表于一区期刊《中国科学：物理学 力学 天文学》英文版（Science China Physics, Mechanics & Astronomy 69, 247414 (2026)）。中山大学物理学院、本实验室博士研究生陈翠群、邱文渊为论文的共同第一作者，中山大学王猛教授、罗志辉博士后参与该研究工作，中山大学姚道新教授为论文的通讯作者。理论研究工作依托物理学院公共科研平台和中子科学平台、广东省磁电物性分析与器件重点实验室、广东省磁电物性基础学科中心、光电材料与技术国家重点实验室、高等学术研究中心、粤港澳大湾区（广东）量子科学中心等支持。计算工作依托中山大学国家超级计算广州中心。 上述工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东特支计划领军人才项目等的资助。原文链接：http://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11433-025-2869-1

中山大学物理学院、本实验室阴帅副教授团队与中国科学院物理研究所李自翔特聘研究员团队合作，近期在费米子符号问题研究中取得新进展。他们提出一种基于非平衡虚短时量子临界动力学以有效规避费米子符号问题进而准确确定量子多体系统的基态相图与临界性质的新方案(如图1)。依托这一方法，团队首次揭示SU(3)狄拉克费米子Hubbard模型的基态相图及其量子临界性，发现一类非常规的Chiral SU(3)普适类。图1 通过虚短时量子临界动力学规避符号问题并探测量子临界性 作为量子蒙特卡洛方法的核心障碍，符号问题极大制约了关联量子体系的数值探索。其根源在于费米子的交换反对称特性，使得蒙特卡洛模拟中产生负概率难题，无法实现高效的重要性采样。在传统量子蒙特卡洛对关联体系量子相变的研究中，通常需先通过虚时间演化让系统达到基态，再计算物理量的临界性质，而符号问题会随虚时间演化显著加剧，导致基态难以准确确定。 针对这一困境，研究团队突破 “先确定基态再分析临界性质” 的传统思路，转而聚焦虚时弛豫动力学的非平衡短时阶段，利用系统短时阶段的标度行为确定基态量子临界性质，为有符号问题模型的量子临界性的研究提供了新路径。 在经典相变中，短时临界动力学最初由H. K. Janssen等提出，并广泛用于确定经典相变临界性质。在量子相变中，阴帅，麦培智和钟凡教授发展出虚短时量子临界动力学标度理论。中国科学院物理研究所张士欣特聘研究员和阴帅首次在量子计算机平台实验验证了该理论。 在本研究中，团队发现对于一些存在符号问题的强关联系统，若从符号问题较弱或无符号问题的初态出发，在系统虚时演化的短时阶段，符号问题仍处于可控范围，且系统演化行为可通过虚短时量子临界动力学标度理论刻画。由此，可利用虚短时量子临界动力学标度理论可靠提取系统的基态相图与临界性质。 研究团队聚焦SU(N)狄拉克费米子Hubbard模型。当N为偶数时，该模型无符号问题，已有大量研究揭示了其丰富的相图和临界性质。当N为奇数时，该模型有符号问题，其相图和相变性质仍未知。基于虚短时临界动力学方案，研究团队成功揭示 U(3)狄拉克费米子Hubbard模型的基态相图，发现了该模型的有序相存在一类新的λ8-反铁磁序(如图2)。此外，该研究还进一步揭示了狄拉克半金属相与λ8-反铁磁序之间的量子相变的临界性质，并发现这个量子临界点属于新的Chiral SU(3)普适类，超越传统狄拉克费米子临界性的Gross-Neveu理论。图2 通过虚短时量子临界动力学确定的SU(3)狄拉克费米子Hubbard模型相图 该相关成果以 “Preempting fermion sign problem: Unveiling quantum criticality through nonequilibrium dynamics in imaginary time” 为题，于 2026 年 1 月 1 日发表于国际权威期刊《科学・进展》（Science Advances）。中山大学物理学院本科生余荫铠（现中国科学院物理研究所研究生）为论文第一作者；中山大学物理学院、本实验室成员阴帅副教授与中国科学院物理研究所李自翔特聘研究员为共同通讯作者；中山大学研究生黎智轩参与了相关研究。研究得到国家自然科学基金、广东省及广州市科技计划项目的支持。原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adz4856