半導體所合作在鐵磁體系觀測到雙通道近藤效應

　　尋找物質新基態(tài)是凝聚態(tài)物理的重要前沿課題，也是科學家同行們激烈競爭的大舞臺。金、銅、銀等傳統(tǒng)金屬中電子基態(tài)稱為費米液體。近年來，隨著科學技術的突破式發(fā)展，諸如拓撲超導態(tài)、拓撲絕緣態(tài)、維爾半金屬態(tài)等一系列新物質態(tài)不斷被觀測到。近藤效應是金屬自由電子屏蔽局域磁性雜質時發(fā)生的強關聯(lián)現(xiàn)象。當兩個自旋簡并的自由電子（各自帶有自旋1/2）試圖屏蔽同一個自旋1/2的磁性雜質時，一種新的非費米液體基態(tài)-雙通道近藤效應將會發(fā)生。雙通道近藤效應因其與強關聯(lián)物理、重費米子、高溫超導、拓撲物質、碳納米管和量子點等的密切聯(lián)系而備受關注。自旋雙通道近藤效應中，一個自旋1/2雜質通過交換相互作用與兩個等價的軌道通道中導帶電子發(fā)生反鐵磁耦合。然而，這種自旋雙通道近藤效應，因其對兩個耦合通道嚴格對稱和零局域磁場的苛刻要求，很難從實驗上直接觀測到。幸運的是，理論預言軌道自由度簡并的贗自旋雜質-雙能級體系與導帶兩個自旋通道的電子發(fā)生強耦合條件下的共振散射時（如下圖所示），將表現(xiàn)出物理上與自旋雙通道近藤效應等價但較為穩(wěn)定的軌道雙通道近藤效應。對電輸運特性的研究，可以提供軌道雙通道近藤效應的直接實驗證據(jù)：三溫區(qū)電阻率反常上升、強磁場不依賴性和雙能級體系結構無序特性。三十多年來，科學家們進行了大量的理論探討和實驗探索，但由于結論性實驗觀測的缺乏，軌道雙通道近藤效應的理論預言和實驗飽受爭議。

　　最近，中國科學院半導體研究所半導體超晶格國家重點實驗室研究員趙建華與德國馬丁路德大學博士朱禮軍、美國佛羅里達州立大學教授熊鵬和Pedro Schlottman合作，在L10-MnAl外延薄膜中首次觀測到軌道雙通道近藤效應的全部電輸運證據(jù)，包括三溫區(qū)電阻率反常上升、強磁場不依賴性和雙能級體系結構無序特性，有力證明了軌道雙通道近藤效應的存在。值得指出的是，他們利用分子束外延技術，通過對樣品無序程度的精確控制，成功實現(xiàn)了雙通道近藤效應諸如近藤溫度、耦合強度、贗自旋雜質特征能量劈裂和體密度等特征參數(shù)的有效調控，從而深度驗證了軌道雙通道近藤效應的理論模型。另一方面，這也是首次在具有長程鐵磁序的材料體系中觀測到雙通道近藤效應，證明了軌道雙通道近藤效應可以與自旋極化能帶結構共存，排除了長期以來認為即使很弱的導帶自旋極化也可能會降低通道對稱性從而徹底破壞軌道雙通道近藤效應的疑慮。

　　該研究成果發(fā)表于國際期刊《自然·通訊》(Nature Communications)。該工作得到了科技部和國家自然科學基金委等經費的支持。