2023年6月16日下午，量子科学与工程研究院党委在长富金茂大厦2319会议室成功举办了第46期“卓粤量子沙龙”活动。本次沙龙邀请了南方科技大学物理系副教授刘奇航为研究院师生带来题为“磁性材料中的自旋群对称性及应用”的报告。本次沙龙由量子研究院副院长陈廷勇主持。




刘奇航教授首先介绍了群论与物理学中的自旋群。在量子力学中，自旋（Spin）是粒子所具有的内禀性质，其运算规则类似于经典力学的角动量，并因此产生一个磁场。对于像光子、电子、各种夸克这样的基本粒子，理论和实验研究都已经发现它们所具有的自旋无法解释为它们所包含的更小单元围绕质心的自转）。




由于这些不可再分的基本粒子可以认为是真正的点粒子，因此自旋与质量、电量一样，是基本粒子的内禀性质。在量子力学中，任何体系的角动量都是量子化的。在晶体学中，晶体学点群是对称操作（例如旋转、反映）的集合。


这些操作以固定的中心向其他方向移动能使晶体复原，因此称为对称操作。对于一种真正的晶体，点群对应的操作必须能够保持晶体的三维平移对称性。经过它的点群中任何操作之后，晶体的宏观性质依然和操作前完全相同。自旋群是同时描述晶体对称性与自旋对称性的一种物理学模型。




刘奇航教授介绍，在磁群中，一种空间旋转群唯一对应了一种自旋群的旋转；而在自选群中，一种空间旋转群可以对应多种自旋群的旋转，而这种自旋群的旋转是分立的。基于此，不同于空间群中晶体结构与自旋的锁定关系，自旋群中晶体结构与自旋是半锁定关系。




刘奇航教授讲述了一系列群论与自旋群的理论工作与发展历程，介绍了关于自旋群在铁磁/反铁磁等体系内的理论预测与实验突破，并提出了自己的展望。


最后，刘奇航教授介绍了交变磁性（英文：altermagnetism）在自旋群观点下的物理图像。刘奇航教授的报告深入浅出，生动有趣地将磁性材料与自旋群最前沿的进展和成果分享给研究院的师生们。