YFe2Ge2中的平带和重费米子态

日期： 2024-10-17

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来源：中国科学院物理研究所

电子平带由于其显著增强的电子关联，在新奇量子态和低能激发的产生方面有着巨大潜力。因此，近年来具有平带特性的材料备受关注，相关研究主要集中在几何阻挫晶格体系，如魔角石墨烯和Kagome材料等。在非几何阻挫材料中，电子平带的出现则体现出了更多的可能性。基于d电子材料的多轨道特性及其轨道选择性，大家期望在d电子系统中探索平带及其相关的重费米子态行为。例如，铁基超导体由于Fe 3d电子同时具有巡游和局域特征，以及Hund耦合促进的轨道选择电子关联，使其成为研究d电子系统中多种新兴量子现象的独特平台。YFe2Ge2由于具有与铁基超导体KFe2As2相似的非常规超导和异常重费米子态行为，同样受到大家的关注。尽管Hund和Kondo相关机制都被认为是YFe2Ge2中异常重费米子态的可能解释，但目前尚未有明确的定论。

最近，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心超导国家重点实验室SC3组的许兵特聘研究员、邱祥冈研究员与瑞士Fribourg大学的Christian Bernhard教授课题组、北京师范大学殷志平教授课题组、复旦大学赵俊教授课题组合作，采用红外光谱实验研究发现YFe2Ge2表现出类似于f电子系统的重费米子特征，包括Drude响应的非相干到相干过渡行为、有效质量增强以及杂化能隙的形成等。结合动力学平均场理论计算，进一步发现YFe2Ge2的重费米子行为不同于传统f电子系统的Kondo机制，甚至也不同于KFe2As2中Hund耦合驱动的轨道选择电子关联机制，而是由费米能处Fe 3dxz/yz轨道贡献的电子平带驱动。这一平带的起源是Fe-Fe直接和Fe-Ge-Fe间接跳跃通道之间的相消效应，导致动能阻挫，再加上Y电子参与的能带杂化以及电子关联效应三者共同作用的结果。

该研究澄清了YFe2Ge2中的平带和异常重费米子性质的起源，提出的新机制既不同于传统f电子系统的Kondo机制，也不同于KFe2As2中Hund耦合驱动的轨道选择电子关联机制，可以为其他相关d电子重费米子材料的研究提供新的视角和策略。

本工作受到了国家自然科学基金委、科技部重点研发计划项目和中国科学院的资助。相关研究结果以“Unraveling the origin of Kondo-like behavior in the 3d-electron heavy-fermion compound YFe2Ge2”为题发表在近期的美国国家科学院院刊上【PNAS 121, e2401430121 (2024)】。文章链接：

https://www.doi.org/10.1073/pnas.2401430121

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