【儀表網 研發快訊】電子平帶由于其顯著增強的電子關聯，在新奇量子態和低能激發的產生方面有著巨大潛力。因此，近年來具有平帶特性的材料備受關注，相關研究主要集中在幾何阻挫晶格體系，如魔角石墨烯和Kagome材料等。在非幾何阻挫材料中，電子平帶的出現則體現出了更多的可能性。基于d電子材料的多軌道特性及其軌道選擇性，大家期望在d電子系統中探索平帶及其相關的重費米子態行為。例如，鐵基超導體由于Fe 3d電子同時具有巡游和局域特征，以及Hund耦合促進的軌道選擇電子關聯，使其成為研究d電子系統中多種新興量子現象的獨特平臺。YFe2Ge2由于具有與鐵基超導體KFe2As2相似的非常規超導和異常重費米子態行為，同樣受到大家的關注。盡管Hund和Kondo相關機制都被認為是YFe2Ge2中異常重費米子態的可能解釋，但目前尚未有明確的定論。
最近，中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心超導國家重點實驗室SC3組的許兵特聘研究員、邱祥岡研究員與瑞士Fribourg大學的Christian Bernhard教授課題組、北京師范大學殷志平教授課題組、復旦大學趙俊教授課題組合作，采用紅外光譜實驗研究發現YFe2Ge2表現出類似于f電子系統的重費米子特征，包括Drude響應的非相干到相干過渡行為、有效質量增強以及雜化能隙的形成等。結合動力學平均場理論計算，進一步發現YFe2Ge2的重費米子行為不同于傳統f電子系統的Kondo機制，甚至也不同于KFe2As2中Hund耦合驅動的軌道選擇電子關聯機制，而是由費米能處Fe 3dxz/yz軌道貢獻的電子平帶驅動。這一平帶的起源是Fe-Fe直接和Fe-Ge-Fe間接跳躍通道之間的相消效應，導致動能阻挫，再加上Y電子參與的能帶雜化以及電子關聯效應三者共同作用的結果。
該研究澄清了YFe2Ge2中的平帶和異常重費米子性質的起源，提出的新機制既不同于傳統f電子系統的Kondo機制，也不同于KFe2As2中Hund耦合驅動的軌道選擇電子關聯機制，可以為其他相關d電子重費米子材料的研究提供新的視角和策略。
本工作受到了國家自然科學基金委、科技部重點研發計劃項目和中國科學院的資助。相關研究結果以“Unraveling the origin of Kondo-like behavior in the 3d-electron heavy-fermion compound YFe2Ge2”為題發表在近期的美國國家科學院院刊上【PNAS 121, e2401430121 (2024)】。
圖: YFe2G2中d電子與傳統f電子系統中費米能附近平帶和雜化能隙形成的示意圖，以及相應的光電導譜特征。
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