[논문 리뷰] Emergence of a coherent in-gap state in SmB6 Kondo insulator revealed by scanning tunneling spectroscopy

Wei Ruan, Cun Ye외 5명|arXiv (Cornell University)|2014. 03. 01.

Rare-earth and actinide compounds인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 스캐닝 턨널링 분광법을 사용하여 코нд로 인서레이터인 SmB6에서 간극 내 일관된 상태를 규명한다. 40 K 이하의 온도에서 하부 간극 경계 근처 하이브리드화 간극 내 날카러운 공명 피크가 나타나며, 스핀-오르빗 결합과 혼합 화합물 변화에 의해 유도된 집단적 자성 진동수임을 시사한다. 이는 위상적 코нд로 인서레이터의 전자 구조 및 전도성 비정상성에 대한 새로운 통찰을 제공한다.

ABSTRACT

We use scanning tunneling microscopy to investigate the (001) surface of cleaved SmB6 Kondo insulator. Variable temperature dI/dV spectroscopy up to 60 K reveals a gap-like density of state suppression around the Fermi level, which is due to the hybridization between the itinerant Sm 5d band and localized Sm 4f band. At temperatures below 40 K, a sharp coherence peak emerges within the hybridization gap near the lower gap edge. We propose that the in-gap resonance state is due to a collective excitation in magnetic origin with the presence of spin-orbital coupling and mixed valence fluctuations. These results shed new lights on the electronic structure evolution and transport anomaly in SmB6.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 스캐닝 터널링 현미경을 이용하여 SmB6의 (001) 표면 전자 구조를 조사한다.
• 특히 잔류 전도성을 보이는 절연체 거동를 보이는 SmB6의 비정상적인 전도성 특성의 기원을 이해한다.
• 코нд로 인서레이터 상태에서 간극 내 상태의 발생과 그 온도 의존성을 탐구한다.
• 간극 내 상태가 집단적 자성 진동수에 기인하는지 또는 다른 다체 효과에 기인하는지 규명한다.

제안 방법

• 60 K 이하까지의 온도에서 깨진 SmB6 (001) 표면에서 가변 온도 스캐닝 터널링 분광법(dI/dV)을 시행한다.
• 국부 전자 밀도를 측정하여 패배 에너지 수준 근처에서 간극 유사 감소를 확인한다.
• 온도 의존 스펙트럼 분석을 통해 하이브리드화 간극 내 날카러운 공명 피크의 발생을 탐지한다.
• 관측된 스펙트럼 특징을 바탕으로 스핀-오르빗 결합과 혼합 화합물 변화를 포함한 집단적 자성 진동수 존재를 추론한다.
• 실험 데이터를 코нд로 인서레이터 및 위상 표면 상태 이론 모델과 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 40 K 이하에서 SmB6에서 날카러운 간극 내 상태가 나타나는 원인은 무엇인가?
• RQ2 Sm 5d 및 4f 오비탈 간의 하이브리드화가 패배 에너지 수준 근처 전자 구조에 미치는 영향는 무엇인가?
• RQ3 간극 내 공명 상태는 자성 기원을 가지며, 스핀-오르빗 결합과 화합물 변화는 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 간극 내 상태의 일관성은 온도에 따라 어떻게 변화하는가?

주요 결과

• Sm 5d 및 4f 오비탈 간의 하이브리드화로 인해 패배 에너지 수준 근처에서 전자 밀도의 간극 유사 감소가 관측된다.
• 40 K 이하에서 하이브리드화 간극 하부 경계 근처에 날카러운 일관성 피크가 나타나며, 이는 일관된 간극 내 상태를 시사한다.
• 간극 내 공명 상태는 스핀-오르빗 결합과 혼합 화합물 변화를 포함한 집단적 자성 진동수에 기인한 것으로 기인한다.
• 공명 피크의 온도 의존성은 그 일관성을 확인하며, 40 K 이하에서 명확한 발생이 관측된다.