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亚洲十大信誉平台:科研进展|上科大颜世超课题组实现了层状量子材料中近藤晶格的调控

来源:亚洲十大信誉平台 时间:2022-05-24浏览:10设置

      近日,我校亚洲十大信誉平台颜世超课题组在层状量子材料中实现了近藤晶格的调控。此项成果以“Inducing and tuning Kondo screening in a narrow-electronic-bandsystem”为题发表于知名期刊《自然·通讯》(Nature Communications

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近藤晶格(Kondo lattice)是凝聚态物理中非常重要的强关联电子体系,由周期性排列的局域磁矩组成,这些局域磁矩同时和周围的巡游电子产生交换相互作用。近藤晶格体系会产生非常丰富的量子物态,如重费米子超导电性和近藤绝缘特性等。由于存在复杂的相互作用,目前人们对这类体系依然缺乏完整的认识。

图1. 1T-Ta2的两种解理面在表面生长铅之后的结构示意图、扫描隧道显微图以及两种表面的微分电导谱。

层状材料的物理性质可以通过门电压或在层间插入间隙原子进行精确调控,如能在层状材料中产生和调控近藤晶格,对全面理解这类强关联电子体系具有重要意义。为此,颜世超组选取了一种在低温下具有电子窄带的层状材料(1T-TaS2)。当温度低于180 K时,1T-TaS2中会发生电荷密度波转变,其层内形成周期性排列的“Star-of-David”超结构。每个超结构中含有一个未配对的电子,这些未配对的电子在费米能级附近会形成电子窄带。在前期的工作中,颜世超组实现了该材料中电荷密度波相变的调控(Nano Letters (2020) , Physical Review Materials (2020) ),并揭示了此类材料体系的电子窄带在电子结构中的重要作用(Physical Review Letters (2021))。这些工作为全面理解1T-TaS2材料的动力学响应和电子结构特性奠定了基础。

在前期基础上,研究人员利用低温强磁场扫描隧道显微镜对生长铅之后的1T-TaS2单晶表面进行研究。实验发现,在层间未配对的(Type-II)1T-TaS2层下面插入铅原子之后,该表面原本的绝缘能隙会转变为一个尖锐的近藤共振峰(如上图所示),此时该表面就会形成近藤晶格。进一步调控插入的铅原子浓度还可改变电子窄带与费米能级的相对位置,进而实现对近藤共振峰的调控:当费米能级在电子窄带中间时,该体系中有很强的近藤共振峰;当电子窄带远离费米能级时,近藤共振峰的强度会逐渐减弱,直到完全消失。

此项工作实现了1T-TaS2材料中近藤晶格的产生和调控,更揭示了该材料中电子窄带和近藤共振之间的关系,将有助于理解重费米子材料中近藤晶格产生的奇异量子行为,为在窄带层状材料中实现多体效应的调控提供新的途径。

    亚洲十大信誉平台是本研究的第一完成单位,颜世超组2020级博士研究生沈世伟为文章的第一作者,颜世超教授为文章的通讯作者。中科院固体物理研究所的孙玉平教授课题组为该研究提供了高质量的单晶样品。论文的主要合作者还包括香港大学的陈钢教授。该研究得到了国家自然科学基金委、科技部重点研发计划、上海市科学技术委员会和上海科技大学启动经费等项目的支持。


论文链接:

https://www.nature.com/articles/s41467-022-29891-4


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