北理工團隊在維度調控磁性構建近藤體系研究中取得重要進展
發(fā)布日期：2024-07-09 供稿：物理學院 攝影：物理學院
編輯：王莉蓉 審核：陳珂 閱讀次數：
近日，北京理工大學物理學院的段俊熙副教授、姚裕貴教授團隊在異維超晶格結構中證實了由維度調控磁性引起的各向異性的近藤效應。這一研究結果首次提出并實現了異維近藤超晶格體系，為探索關聯物理提供了新的思路。研究成果發(fā)表于《Nature Communications》。
在非磁金屬中，隨著溫度降低，由于晶格振動的減弱等會導致體系電阻減小。然而，當在金屬中添加少量磁性原子后，隨著溫度降低至某一臨界值以下時，電阻反而會增加。這一反常行為即著名的近藤效應。對近藤效應的研究揭示了局域磁矩與巡游電子間相互作用的重要性。這一多體相互作用可以在材料中引發(fā)許多有趣的電子特性，如重費米子行為和非常規(guī)超導性等。相關研究一直是凝聚態(tài)物理學的熱點研究領域之一。
在大多數近藤系統中，局域磁矩是通過磁性雜質和缺陷引入的。然而，材料本征的磁性也可以通過維度進行有效調控。最近報道的異維超晶格的合成提供了一個構建近藤系統的新途徑[Nature 609, 46–51 (2022)]。不同于傳統的同維超晶格，異維超晶格體系由不同維度的部分組成，其獨特的晶體結構提供了一個新的自由度——維度——用于調控材料中的磁性和電荷輸運特性。這種通過維度調控磁性構建的近藤系統可以稱為異維近藤超晶格。
北京理工大學段俊熙副教授、姚裕貴教授團隊長期致力于新型拓撲和量子材料的輸運性質研究。為了實現這種異維近藤超晶格，研究團隊選擇了擁有豐富磁學性質的過渡金屬二硫化物VS2- VS異維超晶格作為候選材料。該結構由北京理工大學的周家東教授最先合成[Nature 609, 46–51 (2022)]。研究中，我們發(fā)現：（1）在VS2- VS異維超晶格觀察到了電阻關于溫度的對數依賴關系以及負磁阻，即近藤效應的典型特征。有趣的是這兩者對磁場的依賴關系表現出強烈的各向異性，如圖1所示；（2）利用圓盤型器件，確定了各向異性的負磁阻來源于近藤效應的各向異性磁場依賴，如圖2所示；（3）通過提取朗德g因子及居里溫度，結合第一性原理計算，證實了近藤效應的各向異性磁場依賴來源于維度引起的各向異性磁性，如圖3所示。
圖1. 異維近藤超晶格中的近藤效應
圖2. 異維近藤超晶格圓盤器件的近藤效應
圖3. 各向異性的磁性
北京理工大學為該研究工作的唯一完成單位。北京理工大學的段俊熙副教授、姚裕貴教授、蔣偉教授和周家東教授為本文的通訊作者。北京理工大學物理學院博士研究生馮啟為論文第一作者。該工作得到了科技部重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、北京市重點、中科院先導項目以及北京理工大學微納技術中心的支持。
Qi Feng, Junxi Duan*, Ping Wang, Wei Jiang*, Huimin Peng, Jinrui Zhong, Jin Cao, Yuqing Hu, Qiuli Li, Qinsheng Wang, Jiadong Zhou* & Yugui Yao*, “Heterodimensional Kondo superlattices with strong anisotropy”, Nat. Commun. 15, 5491 (2024) (*為通訊作者)
URL：https://www.nature.com/articles/s41467-024-49618-x
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