半導(dǎo)體所合作在鐵磁體系觀測到雙通道近藤效應(yīng)

　　尋找物質(zhì)新基態(tài)是凝聚態(tài)物理的重要前沿課題，也是科學(xué)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(xué)技術(shù)的突破式發(fā)展，諸如拓?fù)涑瑢?dǎo)態(tài)、拓?fù)浣^緣態(tài)、維爾半金屬態(tài)等一系列新物質(zhì)態(tài)不斷被觀測到。近藤效應(yīng)是金屬自由電子屏蔽局域磁性雜質(zhì)時發(fā)生的強關(guān)聯(lián)現(xiàn)象。當(dāng)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(zhì)時，一種新的非費米液體基態(tài)-雙通道近藤效應(yīng)將會發(fā)生。雙通道近藤效應(yīng)因其與強關(guān)聯(lián)物理、重費米子、高溫超導(dǎo)、拓?fù)湮镔|(zhì)、碳納米管和量子點等的密切聯(lián)系而備受關(guān)注。自旋雙通道近藤效應(yīng)中，一個自旋1/2雜質(zhì)通過交換相互作用與兩個等價的軌道通道中導(dǎo)帶電子發(fā)生反鐵磁耦合。然而，這種自旋雙通道近藤效應(yīng)，因其對兩個耦合通道嚴(yán)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(yù)言軌道自由度簡并的贗自旋雜質(zhì)-雙能級體系與導(dǎo)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(yīng)等價但較為穩(wěn)定的軌道雙通道近藤效應(yīng)。對電輸運特性的研究，可以提供軌道雙通道近藤效應(yīng)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(jié)構(gòu)無序特性。三十多年來，科學(xué)家們進(jìn)行了大量的理論探討和實驗探索，但由于結(jié)論性實驗觀測的缺乏，軌道雙通道近藤效應(yīng)的理論預(yù)言和實驗飽受爭議。

　　最近，中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所半導(dǎo)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(xué)博士朱禮軍、美國佛羅里達(dá)州立大學(xué)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(yīng)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(jié)構(gòu)無序特性，有力證明了軌道雙通道近藤效應(yīng)的存在。值得指出的是，他們利用分子束外延技術(shù)，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(yīng)諸如近藤溫度、耦合強度、贗自旋雜質(zhì)特征能量劈裂和體密度等特征參數(shù)的有效調(diào)控，從而深度驗證了軌道雙通道近藤效應(yīng)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(yīng)，證明了軌道雙通道近藤效應(yīng)可以與自旋極化能帶結(jié)構(gòu)共存，排除了長期以來認(rèn)為即使很弱的導(dǎo)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(yīng)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(xué)基金委等經(jīng)費的支持。