[論文レビュー] Emergence of ferromagnetism at the onset of moiré Kondo breakdown

Wenjin Zhao, Bowen Shen+10 more|arXiv (Cornell University)|Oct 9, 2023

Rare-earth and actinide compoundsPhysics and Astronomy被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、密度調整された輸送測定と光学測定を通じて、AB積層型MoTe2/WSe2二層構造におけるモアレKondo崩壊の発現と同時に強磁性の出現を実証した。キャリア密度が低下するに従い、Kondo温度が低下し、重フェルミ液体から絶縁体への転移が起こり、それに伴い強磁性秩序が発現する。これは、Kondoスクリーニングが抑制された強磁性アンダーソン絶縁体と整合的である。

ABSTRACT

The interaction of a lattice of localized magnetic moments with a sea of conduction electrons in Kondo lattice models induces rich quantum phases of matter, such as Fermi liquids with heavily renormalized electronic quasiparticles, quantum critical non-Fermi liquid metals and unconventional superconductors, among others. The recent demonstration of moiré Kondo lattices has opened the door to investigate the Kondo problem with continuously tunable parameters. Although a heavy Fermi liquid phase has been identified in moiré Kondo lattices, the magnetic phases and Kondo breakdown transitions remain unexplored. Here we report a density-tuned Kondo destruction in AB-stacked MoTe2/WSe2 moiré bilayers by combining magneto transport and optical studies. As the itinerant carrier density decreases, the Kondo temperature decreases. At a critical density, we observe a heavy Fermi liquid to insulator transition, and a nearly concomitant emergence of ferromagnetic order. The observation is consistent with the scenario of a ferromagnetic Anderson insulator and suppression of the Kondo screening effect. Our results pave the path for inducing other exotic quantum phase transitions in moiré Kondo lattices.

研究の動機と目的

• 重フェルミ液体の観察がなされたにもかかわらず未解明のままのモアレKondo格子における磁性相とKondo崩壊転移を調査すること。
• 二次元モアレスーパーラティスにおけるKondoスクリーニング、電子相関および発現磁性の相乗的相互作用を調査すること。
• キャリア密度が量子相転移を駆動する役割、特に重フェルミ液体から絶縁体への転移に伴う強磁性を引き起こすメカニズムを特定すること。
• モアレKondo格子系において強磁性アンダーソン絶縁体が形成されることを実験的に裏付ける証拠を提供すること。
• 調整可能なパラメータを用いてモアレヘテロ構造における特異な量子相転移を誘発する基盤を確立すること。

提案手法

• 電子相関を調べるために、AB積層型MoTe2/WSe2モアレ二層構造における密度調整輸送測定を実施した。
• 電子的応答を調査し、Kondoスクリーニングおよび磁性秩序の兆候を同定するために光学分光測定を実施した。
• Kondo温度のキャリア密度依存性の変化をモニタリングし、Kondo崩壊の発現を特定した。
• モット転移付近の輸送挙動を分析し、絶縁相および磁性相の出現を検出した。
• 観測されたKondoスクリーニングの抑制と強磁性の発現をもとに、強磁性アンダーソン絶縁体の形成を推論した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 キャリア密度の調整は、モアレKondo格子におけるKondoスクリーニングおよび電子的相にどのように影響するか？
• RQ2 MoTe2/WSe2モアレヘテロ構造における重フェルミ液体から絶縁体への量子相転移の性質は何か？
• RQ3 絶縁的挙動の発現と同時に強磁性秩序が出現するか？ もしそうならば、その背後にあるメカニズムは何か？
• RQ4 観測された磁性相は、Kondoスクリーニングが抑制された強磁性アンダーソン絶縁体のシナリオで説明可能か？
• RQ5 モアレスーパーラティスのポテンシャルは、Kondo崩壊や強磁性を含む特異な量子相を安定化させる役割を果たすか？

主な発見

• 臨界キャリア密度において重フェルミ液体から絶縁体への転移が観測され、それに伴いKondo温度が急激に低下した。
• 強磁性秩序は絶縁転移とほぼ同時に出現しており、Kondo崩壊と磁性秩序の間には密接な相関があることが示された。
• 観測された挙動は、局在的磁気モーメントがKondo崩壊により伝導電子によってスクリーニングされない強磁性アンダーソン絶縁体と整合的である。
• Kondoスクリーニングの抑制は、絶縁相および強磁性相の発現と直接関連しており、Kondo相関と磁性相関の競合が支配的であるシナリオを支持する。
• 結果は、モアレKondo格子が、Kondo崩壊や発現磁性を含む特異な量子相転移を探索する調整可能なプラットフォームを提供することを示した。
• 輸送測定と光学測定の組み合わせにより、低キャリア密度における絶縁的挙動と強磁性の共存が確認された。