重いフェルミ粒子が層状の金属間化合物結晶に現れる – Physics World

電子は通常、最も軽い基本粒子の 1 つですが、いわゆる「重いフェルミオン」物質では、電子は数百倍の質量があるかのように動きます。この異常な重さは、伝導電子と材料内の局所的な磁気モーメントの間の強い相互作用によって発生し、高温または「型破りな」超伝導体の挙動において重要な役割を果たしていると考えられています。

米国、スウェーデン、スペイン、ドイツの研究者らは今回、セリウム、シリコン、ヨウ素（CeSiI）からなる層状金属間化合物結晶から新しい二次元重フェルミオン材料を合成した。この新材料は科学者に、型破りな超伝導や関連する量子現象など、よく理解されていない挙動を引き起こす相互作用を研究する新たな機会を与える可能性がある。

「通常、これらの重いフェルミオン物質は三次元で強い結合を持つ金属間構造ですが、これらの物質をより二次元にすることで、一部の重いフェルミオン化合物に現れる型破りな超伝導性の促進に役立つことがしばらく前から知られていました。」と説明します。 ザビエル・ロイ、化学者 コロンビア大学 新しい研究を主導した米国の人物。 「我々は、ファンデルワールス層状物質CeSiI中に重いフェルミ粒子を同定しました。これは二次元では強い結合を含んでいますが、三次元では弱く結合しているだけです。」

伝導電子は局所的な磁気モーメントと強く結合します

研究者らは、これらの強い相互作用（近藤相互作用として知られる）をホストする可能性のある材料を結晶学的データベースで検索した後、1998年に初めて合成されたCeSiIを研究することを選択した。特に、彼らは XNUMX つの重要な要素を組み合わせることを目指しました。それは、局所的な磁気モーメントを提供するセリウム原子です。金属伝導性。これにより電荷キャリアの存在が保証されます。そして、ファンデルワールス層構造により、わずか数原子の厚さの材料の薄い層を剥離（剥がす）することができます。これらの個々の層をねじったりひずませたり、他の材料の上に積み重ねたりして、材料の特性を変化させることができます。

CeSiIを作るために、研究者らは金属セリウム、シリコン、ヨウ化セリウムを組み合わせて高温に加熱した。この手順の詳細については、 自然、所望の材料の六角形プレートレットを生成します。 「我々の期待どおり、伝導電子がCe原子上の局所的な磁気モーメントと強く結合し、その結果、低温での有効質量と反強磁性秩序が強化されることがわかりました」と氏は説明する。 ビクトリア・ポージー、ロイの研究室の博士課程の学生 素材を合成した人。

走査型トンネル顕微鏡による測定を使用して、 コロンビア大学のアベイ・パスパシーの研究室、研究者らは、この物質のスペクトルが重いフェルミオンの特徴であることを発見しました。彼らは、これらの結果を光電子分光法による測定で裏付けました。 ブルックヘブン国立研究所、電子輸送測定 ハーバード大学 および磁気測定 国立高磁場研究所 フロリダにて。彼らはコロンビア大学の理論家のグループとも協力しました。 フラットアイアン研究所 ドイツのマックス・プランク研究所、スウェーデンの ウプサラ大学 スペインのサン・セバスティアンにある 2 つの機関が、観察結果を説明するための理論的枠組みを開発しました。

型破りな超伝導体は予想以上に奇妙です

チームメンバー マイケル・ジーベル 氏は、この結果が可能になったのは、部分的には、2D 材料の新しい特性を設計するためのコロンビア、ブルックヘブン、およびフラットアイアン研究所による共同の努力のおかげであると説明しています。 「私たちが克服しなければならなかった大きな課題の XNUMX つは、材料の空気感受性でした。つまり、研究室でサンプルを処理する新しい方法を開発する必要がありました」と Ziebel 氏は言います。 「より広義には、重いフェルミオン自体の存在を確立することは非常に困難な場合があります。『決定打となる』測定は存在しません。」

研究者らは現在、CeSiIのセリウム、シリコン、ヨウ素サイトに異なる原子を置換して、その磁気秩序を抑制し、新しい電子基底状態を誘導することを計画している。次に、材料をさまざまな厚さに剥離することによって、これらの化合物に対する次元の影響を研究することを目的としています。 「並行して、私たちはこの研究で使用した技術を適用して、2D限界でCeSiIの特性を系統的に変更しています。これにより、強力な電子相互作用と低次元性の組み合わせから生じる新しい量子現象が誘発されることが期待されます。」と氏は述べています。ロイ。

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/heavy-fermions-appear-in-a-layered-intermetallic-crystal/