[논문 리뷰] Emergence of ferromagnetism at the onset of moiré Kondo breakdown

Wenjin Zhao, Bowen Shen외 10명|arXiv (Cornell University)|2023. 10. 09.

Rare-earth and actinide compoundsPhysics and Astronomy인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 밀도 조절된 전송 및 광학 측정을 통해 AB적층된 MoTe2/WSe2 이중층에서 모리 키ondo 붕괴가 시작될 무렵 페로자성의 발생을 규명한다. 실수량이 감소함에 따라 키ondo 온도가 낮아지며, 무거운 페르미 액체에서 절연체로의 전이가 발생하고 이와 동시에 페로자성이 나타나며, 이는 페로자성 앤더슨 절연체와 억제된 키ondo 걸러내기가 일치한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 무거운 페르미 액체가 관측되었음에도 불구하고 미처 탐색되지 않은 모리 키ondo 격자에서의 자성 상과 키ondo 붕괴 전이를 조사하기 위해.
• 이중 차원 모리 수반 격자에서 키ondo 걸러내기, 전자 상호작용, 그리고 잠재적인 자성의 상호작용을 탐색하기 위해.
• 특히 무거운 페르미 액체에서 절연체로의 전이와 함께 나타나는 페로자성과 관련하여 실수량이 양자 상전이를 이끄는 역할을 규명하기 위해.
• 모리 키ondo 격자 시스템에서 페로자성 앤더슨 절연체 형성에 대한 실험적 증거를 제공하기 위해.
• 가변 매개변수를 통해 모리 이계면에서 이상한 양자 상전이를 유도할 수 있는 플랫폼을 구축하기 위해.

제안 방법

• 전자 상호작용을 탐색하기 위해 AB적층된 MoTe2/WSe2 모리 이중층에서 밀도 조절된 자기전도 측정을 수행하였다.
• 전자 응답을 탐색하고 키ondo 걸러내기 및 자성 질서의 징후를 식별하기 위해 광학 스펙트로스코피를 실시하였다.
• 키ondo 붕괴의 시작을 식별하기 위해 실수량에 따른 키ondo 온도의 변화를 모니터링하였다.
• 모트 전이 근처의 전도 행동을 분석하여 절연체 상과 자성 상의 발생 여부를 탐지하였다.
• 관측된 키ondo 걸러내기 억제와 함께 페로자성이 나타나는 것을 바탕으로 페로자성 앤더슨 절연체 형성 가능성을 추론하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 실수량 조절이 모리 키ondo 격자에서의 키ondo 걸러내기와 전자 상에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 MoTe2/WSe2 모리 이계면에서 무거운 페르미 액체에서 절연체로의 양자 상전이의 본질은 무엇인가?
• RQ3 절연 행동의 시작이 페로자성 질서의 발생과 동시에 일어나는가? 만약 그렇다면 그 기반이 되는 메커니즘은 무엇인가?
• RQ4 관측된 자성 상은 억제된 키ondo 걸러내기와 함께 페로자성 앤더슨 절연체 시나리오로 설명될 수 있는가?
• RQ5 모리 수반 격자 위치 에너지는 Kondo 붕괴와 페로자성과 같은 이상한 양자 상을 안정화시키는 데 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 비례 실수량에서 무거운 페르미 액체에서 절연체로의 전이가 관측되었으며, 이와 함께 키ondo 온도가 급격히 감소하였다.
• 절연 전이와 거의 동시에 페로자성이 나타나 키ondo 붕괴와 자성 질서 간의 밀접한 연관성을 시사하였다.
• 관측된 행동은 국소화된 자성 모멘트가 키ondo 붕괴로 인해 도전 전자에 의해 걸러내지 못하는 페로자성 앤더슨 절연체와 일치하였다.
• 키ondo 걸러내기의 억제는 절연체 상과 페로자성 상의 발생과 직접적으로 연결되어 있으며, 경쟁하는 키ondo 상호작용과 자성 상호작용의 시나리오를 뒷받침한다.
• 결과적으로 모리 키ondo 격자는 Kondo 붕괴와 잠재적 자성과 같은 이상한 양자 상전이를 탐색할 수 있는 조절 가능한 플랫폼임을 보여주었다.
• 전도 측정과 광학 측정의 조합은 낮은 실수량에서 절연 행동과 페로자성의 공존을 확인하였다.