纳米人-夫妻携手！10篇Nature正刊后，再发Nature大子刊！

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米测MeLab 纳米人 2024-09-14

研究背景

摩尔近藤晶格是由具有特定晶格错位的二维材料形成的，这种结构提供了一个高度可调的研究平台，可以用于研究Kondo效应和相关量子相变。Kondo晶格模型中，局部磁矩与导电电子的相互作用能够引发多种量子物质相，包括重费米液体、量子临界非费米液体金属和非常规超导体。然而，在摩尔近藤晶格中，尽管已识别出重费米液体相，但磁性相的研究仍然非常有限。

摩尔近藤晶格的研究面临着几个关键问题。首先，如何在这种系统中准确调节和控制局部磁矩与导电电子的相互作用，以探索不同的量子相变。其次，尽管摩尔结构具有潜在的调节能力，但在实验中如何有效地实现这种调节，以及如何准确地观察和描述这些调节下的磁性相变。最后，如何理解和解释这些观察到的现象，以及它们如何与传统的Kondo相图和量子相变理论相结合，是当前研究的重大挑战。

为了解决这些问题，康奈尔大学的麦健辉（Kin Fai Mak）教授和单杰教授在“Nature Physics”期刊上发表了题为“Emergence of ferromagnetism at the onset of moiré Kondo breakdown”的最新论文。研究人员进行了系统的实验研究。通过在MoTe₂/WSe₂摩尔双层中结合磁输运和光学研究，科学家们能够对摩尔近藤晶格进行精细调节和观察。研究表明，在临界密度 xc≈0.04 附近，系统经历了金属-绝缘体过渡，并且在 Kondo 温度以下，重费米液体相的出现与铁磁序的几乎同时发生相一致。这些现象表明，当密度降低到临界值以下时，Kondo屏蔽效应被抑制，铁磁相关性占据主导地位，从而引发了铁磁Anderson绝缘体的出现。这一发现为在摩尔近藤晶格中实现其他量子相变提供了新的视角和可能性。

研究亮点

（1）实验首次在摩尔近藤晶格中观察到密度调节的Kondo崩溃，揭示了MoTe₂/WSe₂摩尔双层中的磁性相变。研究通过结合磁输运和光学研究方法，发现了在临界密度xc≈0.04附近的金属-绝缘体过渡和重费米液体的出现。

（2）实验通过调节孔密度并监测磁输运行为，观察到在 xc 以上，重费米液体在Kondo温度以下逐渐出现，且随着孔密度的增加，Kondo温度也提高。密度高于xc时，系统表现为重费米液体，且铁磁相关性显著增强。

（3）研究还发现，在x=0时，系统为电荷转移绝缘体，局部磁矩之间的反铁磁相关性较弱。引入流动孔后，系统出现了铁磁相关性，这些相关性在密度高达x≈0.1时仍然存在。磁性序仅在接近或低于xc的密度下观察到，表明铁磁Anderson绝缘体的出现和Kondo屏蔽效应在临界密度以下的抑制。

图文解读

图1：一个可调门的摩尔近藤晶格。

图2. 金属-绝缘体过渡中的磁输运。

图3. 局部磁矩之间的磁性相关性。

图4. 磁性相图。

总结展望

本文研究揭示了摩尔近藤晶格中密度调节Kondo崩溃的独特特性，并展示了在不同孔密度下如何从重费米液体过渡到绝缘体的过程。通过在 MoTe₂/WSe₂摩尔双层中结合磁输运和光学研究，发现了在临界密度xc附近的铁磁性序和Kondo崩溃的显著变化。这一发现不仅拓展了我们对摩尔近藤晶格的理解，还提供了一种新的方式来调节和探索量子相变。具体而言，当孔密度在0.04到0.10的范围内时，系统表现出强烈的铁磁波动和重费米液体的特性，这表明Kondo屏蔽效应在低密度下被抑制，铁磁序主导了系统行为。此外，本研究还揭示了Kondo型反铁磁交换和Ruderman–Kittel–Kasuya–Yosida交互作用在不同孔密度下对铁磁相关性的影响。这些结果不仅为探索摩尔近藤晶格中的磁性相提供了新思路，还为开发新的量子材料和量子相变的调控方法提供了实验基础。未来的研究可以通过提高样品质量和进一步的理论分析，深化对这些现象的理解。

作者简介

麦建辉教授，Kin Fai Mak（麦健辉），康奈尔大学物理系教授；2005年本科毕业于香港科技大学；2010年博士毕业于哥伦比亚大学；他的博士后研究经历包括在哥伦比亚大学和康奈尔大学的纳米科学研究所进行研究工作。从2014年至2018年，Mak教授在宾夕法尼亚州立大学物理系担任助理教授，2018年起，他加入了康奈尔大学的应用与工程物理系，自2019年起担任教授。他的研究成就获得了广泛认可，包括2012年的IUPAP青年科学家奖、2014年的IUPAP量子电子学年轻科学家奖、2015年的联邦能源部年轻研究奖以及2016年的美国空军年轻学者奖。专注于光谱学、二维量子材料及其异质结构/Berry curvature效应、二维超导和激子凝聚、磁性等研究。