送彩金38棋牌游戏,赠彩金棋牌

办公平台 | 所内邮箱 | ARP | English
当前位置: 首页 > 新闻动态 > 科研动态
送彩金38棋牌游戏 EX9组供稿 第9期 2020年02月13日
北京凝聚态物理国家研究中心
重费米子体系中杂化动力学的理论研究与实验探测

  长期以来,对重费米子物理的理解主要基于平均场方法所提供的静态杂化图像。该图像认为f电子在相干温度T*之下会在费米面附近与导带发生杂化,从而形成重电子能带,并产生直接和间接杂化带隙,引起f电子的局域-巡游转变。但是近些年来,有越来越多的实验证据表明,真正理解重费米子的局域-巡游转变物理必须超越平均场理论的简化图像。送彩金38棋牌游戏/北京凝聚态物理国家研究中心EX9组的杨义峰研究员与合作者一起,对这一问题进行了长期探索,发展了唯象的重费米子二流体理论,并提出以杂化的动力学涨落为基础,重新建立重费米子物理的基本理论图像。2017年,复旦大学封东来研究组测量了重费米子材料CeCoIn5的角分辨光电子能谱(ARPES),发现杂化导致的能带弯折(bending)远在其他实验如电阻测量给出的相干温度T*之上就已经出现,不同于通常平均场图像的预期,导致了理解上的矛盾和困惑。
  最近,杨义峰研究员与电子科技大学的齐静波教授等人合作,利用超快光谱对CeCoIn5进行了系统研究,发现该体系中实际上存在两个特征温标(图1):T\(\dagger\)和T*。其中高温温标T\(\dagger\)对应ARPES测量中能带弯折开始出现的温度,在T\(\dagger\)之上,超快实验探测到的高能准粒子弛豫率近似不变,在T\(\dagger\)之下开始随温度降低快速下降,表明杂化改变了费米面附近的电子结构,导致直接带隙,抑制了高能准粒子的能量弛豫。而低温温标T*则恰好对应传统电阻测量的相干温度,在T*之下,弛豫率呈现非线性效应,大小依赖于辐照光强,这一现象意味着态密度上出现了窄的能隙(间接带隙),导致了弛豫过程的瓶颈效应(图2)。超快光谱同时探测到了这两个现象,对两种不同带隙具有不同响应,而ARPES只探测到T\(\dagger\)之下的直接带隙,受限于能量分辨率无法看到T*处才出现的小的间接带隙,电阻则在T*之下间接带隙出现时才发生明显变化。
  以上结果表明,直接和间接带隙并非如平均场理论预言的那样同时出现,而是随温度降低逐步发展的两阶段过程:杂化效应在高温T\(\dagger\)处开始出现,首先导致费米面附近的能带弯折和直接带隙,进而随温度降低逐步发展,在低温T*处开始发生长程关联,形成间接带隙,此后重电子态才真正建立并受到间接带隙的保护。为了证明这一图像,杨义峰研究员指导博士研究生胡丹青、董建军等,对周期性Anderson模型进行了蒙特卡洛数值模拟(DQMC),仔细分析了杂化关联随温度的演化,发现在平均场所预言的间接带隙打开之前,确实存在一个高温过渡区,具有低能的杂化涨落行为并导致费米面处直接带隙的出现,这一现象是平均场理论所没有的。
  以上研究从实验和理论两个方面表明了动态杂化涨落的重要性,从而有必要在杂化动力学的基础上重新理解重费米子物理。但要穿越传统图像的迷障,构建新的重费米子微观理论将仍是一个漫长的过程。相关工作分别发表于Phys. Rev. Lett. 124, 057404 (2020)和Phys. Rev. B 100, 195133 (2019),得到了基金委(11974397、11774401、11522435)、科技部(2017YFA0303103、2015CB921303)和中科院青促会的支持。

 

[1] Y. P. Liu, Y. J. Zhang, J. J. Dong, H. Lee, Z. X. Wei, W. L. Zhang, C. Y. Chen, H. Q. Yuan, Yi-feng Yang*, and J. Qi*, Phys. Rev. Lett. 124, 057404 (2020).
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.124.057404
[2] Danqing Hu, Jian-Jun Dong, and Yi-feng Yang*, Phys. Rev. B 100, 195133 (2019).
https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.100.195133

图1:CeCoIn5的超快光谱,2ps处信号的弛豫率随温度降低呈现出两类不同的特征,定义了两个不同的温度区间。
图2:(a) T*之下的静态杂化示意图;(b) 存在间接杂化带隙时的准粒子弛豫过程。
图3:基于杂化涨落计算出的重费米子相图,背景颜色为杂化涨落的强度。其中IV为静态杂化区,III为动态杂化涨落区,物理上分别对应超快实验中的低、高温两个不同温区。
下载附件>> PRL 124, 057404 (2020).pdf
下载附件>> PRB 100, 195133 (2019).pdf
中科院logo