研究观察了准二维系统中的Luttinger液体行为

Luttinger液体通常是表现出非费米液体行为的顺磁性材料，例如氧化钼。迄今为止，这些“液体”及其迷人的特性仅在一维和准一维化合物中观察到，例如蓝青铜A0.3MoO3(A=K,Rb,Tl)和紫青铜Li0.9Mo6O17。

清华大学、上海科技大学和中国其他研究所的研究人员最近观察了η-Mo4O11中的原型Luttinger液体行为，具有准二维晶体结构的电荷密度波材料。他们的发现发表在《自然物理学》上，可以为探索其他2D和3D量子材料中的非费米液体行为铺平道路。

“在我们之前的工作中，我们在青铜器的正常状态下发现了Luttinger液相，这并不奇怪，因为它具有准一维性质，”进行这项研究的两位研究人员LexianYang和YulinChen告诉我们Phys.org。

“然后我们注意到一大类钼氧化物具有共同的结构单元：Mo-O八面体链。但在其中一些，例如η-Mo4O11中，准一维链相互交叉并编织成准-二维结构。”

具有准二维结构的材料，例如Yang、Chen及其同事研究的材料，已经引起了相当多的研究关注，物理学家们还在争论它们是否可以保留一维材料的某些特性，包括Luttinger液体行为。最初，研究人员并没有期望观察到这种行为，因此当他们观察到时非常惊讶。

在他们的实验中，他们使用了具有层状结构的准二维η-Mo4O11样品。使用这些样品的优点是它们可以很容易地被切割以暴露大而平坦的表面，从而便于它们的检查。

“为了保护我们的样品免受污染，我们通过使用单色光激发晶体内部的电子，在超高真空环境中研究了样品，”Yang和Chen解释道。“然后我们收集了这些激发的电子或光电子，并分析了它们的能量和动量，以推断出它们在样品内部的初始状态。”

为了检查他们的样品，Yang和他的同事使用了一种称为角分辨光电子能谱(ARPES)的光谱技术，该技术使研究人员能够直接观察材料的电子结构。该技术可应用于无数种不同类型的材料，之前也曾用于研究高温超导体、拓扑量子材料和过渡金属二硫化物。

“我们展示了Luttinger液体物理，以前被认为是原型一维行为，可以扩展到准二维系统，”杨和陈说。“这种扩展可能有助于我们理解2D甚至3D系统中其他令人费解的非费米液体行为。Luttinger液体行为是相互作用系统精确可解模型的罕见例子。尽管它长期以来一直被视为‘标准模型’对于一维金属，理论家提出它与不同系统中的非费米液体行为有关，例如高温铜酸盐超导体的常态。”

这组研究人员最近收集的研究结果代表了朝着统一理解2D和3D系统中的非费米液体行为迈出的重要一步。因此，他们的工作可能很快会激发新的研究，探索其他材料中的Luttinger液体行为和其他非费米液态。

“我们未来的研究已经在进行中，”杨和陈补充道。“我们的第一步将是探索和发现更多的材料系统(低维氧化钼及其他材料)具有可推测的Luttinger液体。其次，了解不同材料中常见的Luttinger液体行为，它们的异同将有助于揭示其背后的物理定律.第三，更有趣的是，其他自由度与可能导致远程有序状态的Luttinger液体之间的相互作用值得彻底探索。