浙江大学在低载流子浓度近藤晶体研究中取得新进展
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浙江大学在低载流子浓度近藤晶体研究中取得新进展
 发布时间:2019-11-18  大小:【

近藤晶体(Kondo Lattice)是一类含有4f或者5f电子的强关联电子体系,一直以来都被认为是研究局域-巡游转变、量子临界等奇异量子现象的典型晶格体系。在高温下,f电子与导带电子杂化很弱,通常可以认为是完全局域的;在低温下,4f或者5f电子可以与导带电子杂化,从而变得部分巡游,同时产生一系列奇特的物理现象,比如重电子行为、非费米液体、量子临界、非常规超导等。现在已研究的绝大部分近藤晶体都具有很强的金属性(即载流子浓度很大),其中的磁性相互作用,多体近藤屏蔽和价态涨落已经理解得非常深入。当体系的载流子浓度减小很多,特别是接近半金属极限时,这些相互作用的竞争将可能被极大地改变,从而产生奇特的物理现象,比如迟滞的量子临界点,脆弱的近藤相干态等。与此同时,低载流子浓度近藤晶体也是研究关联拓扑电子态的重要体系,然而现在还缺乏系统性的研究,比如理论上预言这种体系中可能存在关联的外尔费米子激发,莫比乌斯(Mobious)表面态等。

浙江大学物理系/关联物质中心的刘洋课题组在合肥光源ARPES线站对经典的低载流子浓度近藤晶体CeBi进行了电子结构研究。这些单晶由浙江大学的袁辉球老师课题组提供,他们通过flux方法生长出来一系列的高质量单晶REBi,并且进行了系统的宏观物性测量。浙江大学团队通过高分辨ARPES测量发现体系的费米面在低温下明显变大,而且这个变大的电子口袋来自于Ce5d电子(见图二)。与此同时,他们还通过共振ARPES的方法发现随着温度的降低,4f电子的谱权重会有明显的降低,而导带电子权重却明显上升。这表明观察到的费米面变化来自于相邻Ce原子的4f电子与5d电子的杂化,也即Ce的微弱的变价行为(~1%)。这种微弱的变价行为在一般的近藤晶体中无法观察到,因为多体的近藤效应会起主导作用(这时微弱的变价行为通常可以忽略)。

图一:文章的第一作者李鹏(左)、第二作者吴中正(右)和通讯作者之一刘洋(中)

图二:(a). CeBi在两个特征温度下的费米面及相应的动量分布曲线。(b).能量动量色散关系。右边为电子口袋在动量空间的半径与温度的关系。(c).低载流子近藤晶体中的微弱变价行为和产生的4f和导带电子的杂化。

这个成果表明,在低载流子浓度近藤晶体中,价态涨落将会对费米面有很大影响。这个结果也为理解载流子浓度对近藤晶体的影响提供了重要的实验线索。文章的第一作者是刘洋课题组的研究生李鹏,其他合作者包括浙大关联物质中心的Frank Steglich教授,以及来自瑞士保罗谢尔研究所、美国阿贡国家实验室等的研究人员。相关成果发表在近期Phys. Rev. B杂志上。(全文链接为https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.100.155110

以上研究工作得到了科技部重点研发项目,自然科学基金,中组部青年千人计划等项目的资助。

 

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