近期，房铁峰教授团队与合作者在分子纳米环的持续电流研究方面取得进展，相关成果以“Frustration-enhanced persistent currents in correlated trimer nanorings”为题目，以快报(Letter)形式发表在《Physical Review B》上。
持续电流是由于时间反演对称性破缺和量子相干性而产生的一种平衡态无耗散电流。它是一种在物理学多个不同领域甚至有机化学中普遍存在的物理现象，并在精密量子传感、量子计算和芳香族分子甄别中有许多重要的应用。近年来，冷原子气体实验成功观察到了有相互作用的原子持续流，极大激发了人们对强关联体系中的持续电流的研究兴趣。在有机化学中，持续电流是环状分子芳香性的重要判据。基于持续电流和电子填充数的休克尔规则是有机化学中最著名的一条芳香性规则，可以解释大量环状分子的芳香性或反芳香性来源。然而，仍有许多环状分子的芳香性不符合休克尔规则，这也表明多体关联效应和环境效应对分子环流有重要影响。
在此背景下，房铁峰教授与合作者考虑放置于金属表面上的由三个磁性原子组成的一个最小可能的强关联分子纳米环，并用数值重整化群方法计算其中的持续电流。研究表明，在分子轨道区，由电荷涨落驱动的量子相变会导致此三聚体分子纳米环发生芳香性反转。在磁阻挫区，研究发现体系永远是反芳香性的。此时，由自旋超交换作用驱动的持续电流作为原子间耦合强度的函数，表现出非单调的变化行为。当原子间耦合强度达到阻挫极大点，体系进入反铁磁和铁磁近藤相的量子临界区时，持续电流达到最大值，呈现出一个尖锐的峰结构。此临界电流的振幅在低温下具有反常的温度依赖关系。这些研究结果表明持续电流确实可以作为强关联体系状态的有效探针。该研究不仅有助于在更加复杂的体系（如笼目或阻挫近藤晶格）中探寻环流序，也为理解超越休克尔规则的芳香性提供了有益的参考。
该工作得到国家自然科学基金等项目的资助。
（房铁峰）
论文链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevB.111.L081117