[논문 리뷰] Quantum phase transition and destruction of Kondo effect in pressurized SmB6

Yazhou Zhou, Qi Wu외 19명|arXiv (Cornell University)|2016. 03. 17.

Rare-earth and actinide compounds참고 문헌 28인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 SmB6에서 압력에 의해 유도되는 양자 상전이를 조사하여 약 4 GPa에서 토폴로지적 쿤도 절연체에서 페르미 액체 상태로의 전이를 규명한다. 전기 저항도, 홀 효과 및 화합가 측정을 통해 저자들은 쿤도 얽힘의 파괴와 역 홀 계수의 급격한 변화를 입증하여, 혼합가치 체계에서 압력에 의해 쿤도 효과가 붕괴됨을 직접적으로 입증한다.

ABSTRACT

SmB6 is a promising candidate material that promises to elucidate the connection between strong correlations and topological electronic states, which is a major challenge in condensed matter physics. The electron correlations are responsible for the development of multiple gaps in SmB6, whose elucidation is sorely needed. Here we do so by studying the evolutions of the gaps and other corresponding behaviors under pressure. Our measurements of the valence, Hall effect and electrical resistivity clearly identify the gap which is associated with the bulk Kondo hybridization and, moreover, uncover a pressure-induced quantum phase transition from the putative topological Kondo insulating state to a Fermi-liquid state at ~4 GPa. We provide the evidences for the transition by a jump of inverse Hall coefficient, a diverging tendency of the electron-electron scattering coefficient and, thereby, a destruction of the Kondo entanglement in the ground state. These effects take place in a mixed-valence background. Our results raise the new prospect for studying topological electronic states in quantum critical materials settings.

연구 동기 및 목표

• SmB6에서 강한 전자 상호작용과 토폴로지 전자 상태 간의 상호작용을 이해하기 위해.
• 압력이 SmB6의 쿤도 혼성화 갭과 전자 상호작용에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 압력 하에서 양자 상전이가 발생하는지 여부와 그 성격을 토폴로지적 쿤도 절연체의 맥락에서 규명하기 위해.
• 혼합가치 행동이 쿤도 물리학의 발생과 억제에 미치는 역할을 명확히 하기 위해.

제안 방법

• 쿠르트의 갭과 페르미 액체 거동의 진화를 추적하기 위해 고압 전기 저항도 측정을 수행하였다.
• 역 홀 계수를 추출하고 캐리어 농도 및 산란 변화를 모니터링하기 위해 홀 효과 측정을 사용하였다.
• 압력 하에서 Sm 4f 상태의 혼성화 및 혼합가치 특성을 탐색하기 위해 화합가 스펙트로스코피를 활용하였다.
• 전자-전자 산란 계수의 압력 의존성을 분석하여 양자 임계 상태를 나타내는 발산 징후를 탐지하였다.
• 저항도 및 홀 데이터의 비교 분석을 통해 약 4 GPa에서 급격한 전이가 발생함을 확인하여 양자 상전이를 규명하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 압력이 SmB6에서 양자 상전이를 유도하는가? 만약 그렇다면 그 성격은 무엇인가?
• RQ2 압력이 증가함에 따라 쿤도 혼성화 갭은 어떻게 변화하는가?
• RQ3 혼합가치 행동이 압력 하에서 쿤도 효과 억제에 미치는 역할은 무엇인가?
• RQ4 고압 상태에서 기저 상태의 쿤도 얽힘이 붕괴됨을 입증할 증거가 있는가?

주요 결과

• 약 4 GPa에서 압력에 의해 유도된 양자 상전이가 발생하여 SmB6가 토폴로지적 쿤도 절연체에서 페르미 액체 상태로 전이된다.
• 역 홀 계수는 약 4 GPa에서 급격한 점프를 보이며, 캐리어 농도 및 산란 메커니즘의 급격한 변화를 시사한다.
• 전자-전자 산란 계수는 약 4 GPa 근처에서 발산 경향을 보이며, 양자 임계 행동의 시작을 나타낸다.
• 기저 상태의 쿤도 얽힘은 약 4 GPa에서 파괴되며, 이는 쿤도 혼성화 갭의 억제에 의해 뒷받침된다.
• 전이는 혼합가치 배경에서 발생하며, Sm 4f 상태는 압력 하에서 상당한 혼성화 변화를 보인다.