【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】電子平帶由于其顯著增強的電子關(guān)聯(lián)，在新奇量子態(tài)和低能激發(fā)的產(chǎn)生方面有著巨大潛力。因此，近年來具有平帶特性的材料備受關(guān)注，相關(guān)研究主要集中在幾何阻挫晶格體系，如魔角石墨烯和Kagome材料等。在非幾何阻挫材料中，電子平帶的出現(xiàn)則體現(xiàn)出了更多的可能性。基于d電子材料的多軌道特性及其軌道選擇性，大家期望在d電子系統(tǒng)中探索平帶及其相關(guān)的重費米子態(tài)行為。例如，鐵基超導(dǎo)體由于Fe 3d電子同時具有巡游和局域特征，以及Hund耦合促進(jìn)的軌道選擇電子關(guān)聯(lián)，使其成為研究d電子系統(tǒng)中多種新興量子現(xiàn)象的獨特平臺。YFe2Ge2由于具有與鐵基超導(dǎo)體KFe2As2相似的非常規(guī)超導(dǎo)和異常重費米子態(tài)行為，同樣受到大家的關(guān)注。盡管Hund和Kondo相關(guān)機(jī)制都被認(rèn)為是YFe2Ge2中異常重費米子態(tài)的可能解釋，但目前尚未有明確的定論。
 

　　最近，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心超導(dǎo)國家重點實驗室SC3組的許兵特聘研究員、邱祥岡研究員與瑞士Fribourg大學(xué)的Christian Bernhard教授課題組、北京師范大學(xué)殷志平教授課題組、復(fù)旦大學(xué)趙俊教授課題組合作，采用紅外光譜實驗研究發(fā)現(xiàn)YFe2Ge2表現(xiàn)出類似于f電子系統(tǒng)的重費米子特征，包括Drude響應(yīng)的非相干到相干過渡行為、有效質(zhì)量增強以及雜化能隙的形成等。結(jié)合動力學(xué)平均場理論計算，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)YFe2Ge2的重費米子行為不同于傳統(tǒng)f電子系統(tǒng)的Kondo機(jī)制，甚至也不同于KFe2As2中Hund耦合驅(qū)動的軌道選擇電子關(guān)聯(lián)機(jī)制，而是由費米能處Fe 3dxz/yz軌道貢獻(xiàn)的電子平帶驅(qū)動。這一平帶的起源是Fe-Fe直接和Fe-Ge-Fe間接跳躍通道之間的相消效應(yīng)，導(dǎo)致動能阻挫，再加上Y電子參與的能帶雜化以及電子關(guān)聯(lián)效應(yīng)三者共同作用的結(jié)果。
 

　　該研究澄清了YFe2Ge2中的平帶和異常重費米子性質(zhì)的起源，提出的新機(jī)制既不同于傳統(tǒng)f電子系統(tǒng)的Kondo機(jī)制，也不同于KFe2As2中Hund耦合驅(qū)動的軌道選擇電子關(guān)聯(lián)機(jī)制，可以為其他相關(guān)d電子重費米子材料的研究提供新的視角和策略。
 

　　本工作受到了國家自然科學(xué)基金委、科技部重點研發(fā)計劃項目和中國科學(xué)院的資助。相關(guān)研究結(jié)果以“Unraveling the origin of Kondo-like behavior in the 3d-electron heavy-fermion compound YFe2Ge2”為題發(fā)表在近期的美國國家科學(xué)院院刊上【PNAS 121, e2401430121 (2024)】。
 

　　圖: YFe2G2中d電子與傳統(tǒng)f電子系統(tǒng)中費米能附近平帶和雜化能隙形成的示意圖，以及相應(yīng)的光電導(dǎo)譜特征。