在量子多体体系中，低能激发谱决定了材料与量子物质的大量关键性质，例如准粒子结构、相变行为以及动力学响应等。如何高效而准确地求解多体系统的低能激发态，是凝聚态物理、量子化学和量子计算中的核心问题之一。随着量子计算逐步进入可处理更大规模量子比特的“megaquop”阶段，利用当前含噪量子器件研究多体系统激发谱，正成为展示量子计算实际效用的重要方向之一。 近日，中山大学物理学院、广东省磁电物性分析与器件重点实验室陈继尧副教授与合作者提出了一种基于切空间的激发态量子算法，将张量网络中基于切空间的激发态思想推广到参数化量子线路框架中。该方法从多体体系中的准粒子图像出发，在已优化好的变分基态线路周围构造切空间，通过在基态线路不同深度插入局域扰动门并进行动量叠加，系统逼近低能激发态；它既包含传统单模近似作为特例，又能借助深层线路中的算符传播效应有效表征空间支撑更大的激发结构，从而显著提升对低能激发态的刻画能力。研究团队在一维和二维横场Ising模型上验证了该方法的有效性，结果表明，该方法能够以较高精度捕获大量低能激发态，并在与已有激发态量子算法的比较中展现出明显优势。该方法还可用于笼目晶格海森堡反铁磁体激发谱和一维海森堡链动力学自旋结构因子的计算，并可在当前量子硬件上实现。该成果为研究量子多体体系中的低能谱、准粒子结构和动力学响应提供了新工具，也为探索量子计算在凝聚态物理和材料问题中的实用优势开辟了新方向。基于切空间的量子线路激发态拟设示意图与原理 相关研究成果以《Tangent Space Excitation Ansatz for Quantum Circuits》为题于2026年4月发表于《Physical Review Letters》上。中山大学物理学院为该论文的第一署名单位，物理学院陈继尧副教授为第一作者兼共同通讯作者，维也纳大学Norbert Schuch教授、香港大学/柏林自由大学曹晨风博士、中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心博士生杨沐春为共同通讯作者，共同作者中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心博士生黄泊琛与周端陆研究员也做出了重要贡献。上述工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目、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）的大力支持。期刊原文链接：htps://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/k2lc-v1hn

拓扑霍尔效应（THE）是表征斯格明子、手性畴壁等拓扑自旋纹理的常见探测手段，在高能效自旋电子学器件中具有巨大应用潜力。传统研究多采用固定电流方向的霍尔输运测量，忽视了材料本征各向异性对拓扑构型的调控作用，导致对实际器件中电流取向的影响认识不足。揭示电流方向如何与材料对称性耦合，成为拓扑输运研究亟待解决的科学问题。图 1生长在 STO (100)/SRO (6 nm)/TmIG (6 nm) 双层中的拓扑霍尔效应。a. SRO 与 TmIG 的晶体结构示意图；b. 110 K 温度下测得的霍尔电阻率，以及拟合得到的反常霍尔效应（AHE）曲线；c. 不同温度下，双层的霍尔电阻率随外加磁场的变化关系；d. 单层 SRO 薄膜的霍尔电阻率测试结果。 近日，中山大学广东省磁电物理与器件重点实验室张帮敏副教授课题组的工作揭示了Tm3Fe5O12(TmIG)/ SrRuO3(SRO)异质结中各向异性的拓扑霍尔效应(THE)，并将其归因于界面岛状微结构的各向异性及诱导的自旋霍尔磁电阻(SMR)通道调制，为实现拓扑自旋纹理的定向调控开辟了新路径。课题组通过脉冲激光沉积技术(PLD)在SrTiO₃(001)衬底上精准生长SRO(6 nm)/TmIG(2-10 nm)双层膜，通过综合物性测量系统揭示了该全氧化物体系中的拓扑霍尔效应(THE，图1)行为。进一步探讨了THE的各向异性。沿衬底 <100> 与 <110> 两种不同晶格取向完成了各向异性THE的输运测试：发现电流沿 <100> 晶向的 THE 电导率显著高于 <110> 晶向；不同温度下的 THE 测试结果绘制的相图进一步验证，在 105K 至 118K 的温度区间内，<100> 晶向的 THE 电导率始终高于 <110> 晶向。图 2 不同电流取向下的THE电导率及其作用机制。a. 电流沿 <100> 与 <110> 晶向时的拓扑霍尔效应电导率；b. <100 > 晶向对应的拓扑霍尔效应电导率等高线图；c. <110> 晶向对应的拓扑霍尔效应电导率等高线图；d、e. <100> 晶向与 <110> 晶向的结构示意图，界面处包含 TmIG 中的手性自旋织构；f. <100> 与 <110> 晶向的外延岛占比统计结果。 为探究观测到的 THE 各向异性，研究通过高分辨透射电子显微镜（HRTEM）与能谱分析（EDS）表征了异质结界面：SRO 层为外延生长，受 STO 衬底完全应变，且 <100> 与 < 110 > 晶向的应变水平一致，而 TmIG 层为无外延生长的多晶结构(见图3)。SRO与TmIG的界面存在岛状分布结构，EDS分析证实这些岛区为连续的层状结构，其生长序列为 SrRuO3/SrFeO3/TmFeO3/Tm3Fe5O12；而无岛区的SRO与多晶 TmIG 之间存在不连续的界面层，不具备拓扑信号传输的条件。只有界面的岛状区域能通过SMR效应检测到 TmIG 层的拓扑自旋结构信号，是 THE 信号的有效来源。统计结果显示，界面 <100> 晶向的岛状结构占比达 44.37%，远高于 <110> 晶向的 27.82%，这一占比差异与 <100> 方向更强的THE信号直接对应，阐明了THE电流取向各向异性的核心机制。本研究将THE的各向异性与界面微结构定量关联，突破了“各向同性假设”的理论局限，不仅为理解电输运中的拓扑磁结构提供了新视角，还为开发基于电流方向可控的低功耗拓扑器件（如3D赛道存储器）提供新的参考。图 3基于高分辨透射电子显微镜（HRTEM）的界面元素表征。a.透射电子显微镜（TEM）图像；b. 外延岛晶体结构的示意图；c、d. 外延岛的原子相图像，以及对应的透射电子显微镜EDS表征结果。 论文以“Angular-Dependent Topological Hall Effect in Tm3Fe5O12 on SrRuO3”为题发表于国际著名期刊《Advanced Functional Materials》（DOI: doi/abs/10.1002/adfm.202513700）。该工作由中山大学独立完成，物理学院、本实验室博士研究生黄湛为是论文第一作者，张帮敏副教授为论文的通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、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）的支持。期刊原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202513700

近日，中山大学物理学院姚道新教授团队在常压下双层镍基超导体La3Ni2O7的关联电子结构研究领域取得重要进展。团队以簇扩展动力学平均场理论（CDMFT）为核心方法，系统探究了复算效应（double-counting）对La3Ni2O7关联电子结构的调控机制，明确了复算能Edc的关键调控作用。 动力学平均场理论（DMFT）是计算强关联材料电子结构的重要方法，能反映密度泛函理论（DFT）电子关联重整化效应，但该方法在实际应用中需考虑复算能Edc。Edc用于扣除DFT计算中已计入的交换关联能，其取值直接影响材料电荷转移能ETC，却尚无适用于一般情况的精确估算方案。而La3Ni2O7作为新型高温超导体，厘清复算效应在数值计算中对该材料电子结构的影响，能有效提高数值计算结果与实际情况的契合度。图1 态密度随Ezdc的演化。 针对上述问题，团队构建了常压下La3Ni2O7的11轨道电荷转移模型，模型包含4个Ni-d轨道（2个Ni原子各含dz2、dx2-y2轨道）和7个配体O-p轨道，完整覆盖材料中参与电子相互作用的核心轨道。研究中以角分辨光电子能谱（ARPES）实验测得的费米面为基准，在调整参数Ezdc、Exdc的同时，同步优化顶端pz轨道化学势μpz，确保计算的费米面轮廓与实验结果精准匹配。团队运用CDMFT进行求解，并以数值精确的连续时间量子蒙特卡洛为杂质求解器，探究Edc对La3Ni2O7电子能谱的影响。图 2 a轨道电子密度随Ezdc的变化；b轨道重整化因子随Ezdc的变化，插图为电荷转移能随Ezdc的变化。 通过细致的轨道分析，团队取得了一系列发现：一是观测到显著的轨道依赖的态密度演化，表现为dz2轨道在费米能级附近的态密度随Ezdc发生剧烈变化，而dx2-y2轨道的态密度在整个参数范围内基本保持不变。二是发现电子密度随Edc变化具有相反趋势，其中dz2轨道电子密度随Edc增大而减小。此外，重整化因子均随Edc增大而降低，且dz2轨道的变化更显著。在此基础上确定了Ezdc的合理范围为10.2-10.5eV，在该范围下dz2轨道的重整化因子与实验测量值高度吻合。三是发现层间的松原自能随Edc变化先增大后减小，特别是当Ezdc很小时，氧轨道充分进入费米能，进而破坏了镍-氧-镍的电荷转移桥梁结构，使得体系转变为弱关联金属相。此外，团队还验证了完全局域极限（FLL）和基于平均场近似（Held）公式两种复算方案，发现二者均因忽略eg轨道能级分裂，导致其计算的费米面与实际一定偏差，进而表明轨道依赖的Edc在强关联过度氧化物体系中的重要性。图3 a,b图分别为松原频率下的自能随Ezdc与Exdc变化。 该研究阐明了复算能Edc对La3Ni2O7关联电子结构的调制，清晰揭示了Edc的轨道依赖特性。团队建立的以实验费米面为基准、同步优化多参数的计算框架，有效克服了传统计算方案的局限性，为解决镍基超导材料中轨道依赖的关联效应提供了可行的计算方法，也为探索其超导机理研究提供了重要的理论参考。 该研究成果以《Evolution of correlated electrons in La3Ni2O7 at ambient pressure: a study of double-counting effect》为题发表于国际期刊AAPPS Bulletin（JCR-Q1，亚太物理学会联合会（AAPPS）‌出版的官方旗舰期刊）。中山大学物理学院硕士研究生谢钟逸为第一作者，罗志辉博士后为第二作者，吴为副教授为第三作者，姚道新教授为通讯作者。研究工作得到了国家自然科学基金、广东省磁电物理与器件重点实验室、广东省磁电物理基础研究中心、国家超级计算广州中心等项目的资助。期刊原文链接：https://doi.org/10.1007/s43673-025-00177-3