[논문 리뷰] The electronic structure of CeCoIn5 from angle-resolved photoemission spectroscopy II: Hybridization effects

A. Koitzsch, С. В. Борисенко외 10명|ArXiv.org|2009. 02. 17.

Rare-earth and actinide compounds인용 수 27

한 줄 요약

이 연구는 f 전자와 도체 밴드 간의 화합 효과에 중점을 두고, 각도 분 giải 광전자 방출 분광법(ARPES)을 사용하여 무거운 페르미온 초전도체 CeCoIn5의 전자 구조를 조사한다. 온도에 따라 변화하는 ARPES 측정 결과, 패배 수준 근처에서 이례적인 넓어짐과 k에 의존하는, 온도에 민감한 평탄한 f 기반 밴드가 관측되었으며, 이는 주기적 앤더슨 모델에서 유도된 이중 수준 혼합 모델과 일치하여, 이 비정상적인 초전도체에서 강한 전자 상호작용 효과에 대한 직접적인 증거를 제공한다.

ABSTRACT

We have investigated the low-energy electronic structure of the heavy fermion superconductor CeCoIn5 by angle-resolved photoemission. We focus on the dispersion and the peak width of the prominent quasi-two-dimensional Fermi surface sheet at the corner of the Brillouin zone as a function of temperature along certain k-directions with a photon energy of hn = 100 eV. We find slight changes of the Fermi vector and an anomalous broadening of the peak width when the Fermi energy is approached. Additionally we performed resonant ARPES experiments with hn = 121 eV. A flat f-derived band is observed with a distinct temperature dependence and a k-dependent spectral weight. These results, including both off- and on-resonant measurements, fit qualitatively to a two level mixing model derived from the Periodic Anderson Model.

연구 동기 및 목표

• 무거운 페르미온 초전도체인 CeCoIn5의 저에너지 전자 구조를 각도 분해 광전자 방출 분광법(ARPES)을 사용하여 조사하기.
• 브릴루앙 영역 모서리 근처의 준 2차원 패배 표면 시트의 분산 및 피크 폭이 온도에 따라 어떻게 변화하는지 분석하기.
• 121 eV 광자 에너지에서 공진 ARPES를 통해 국소화된 f 전자와 이동성 도체 전자 간의 화합 효과를 탐색하기.
• 실험 결과가 주기적 앤더슨 모델에서 유도된 이중 수준 혼합 모델과 일치하는지 검증하기.
• 패배 수준 근처에서 관측된 이례적인 스펙트럼 넓어짐과 k에 의존하는 스펙트럼 강도의 기원을 이해하기.

제안 방법

• CeCoIn5의 전자 밴드 구조를 특정 k 방향에 따라 맵핑하기 위해 100 eV 광자 에너지에서 각도 분해 광전자 방출 분광법(ARPES)을 수행하였다.
• 패배 에너지 근처의 패배 벡터 및 피크 폭 변화를 분석하기 위해 온도에 따라 변화하는 ARPES 측정을 실시하였다.
• f 전자 상태에 대한 민감도를 향상시키고 그 분산을 탐색하기 위해 121 eV 광자 에너지에서 공진 ARPES 실험을 수행하였다.
• 평탄한 f 기반 밴드를 식별하고, 그 스펙트럼 강도 및 온도 의존성을 분석하였다.
• 실험 데이터를 주기적 앤더슨 모델에서 유도된 이중 수준 혼합 모델의 예측과 비교하였다.
• 스펙트럼 강도의 변화 및 밴드 분산을 정량적으로 평가하여 화합 강도 및 응집 효과를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 CeCoIn5의 브릴루앙 영역 모서리 근처 패배 표면 시트는 온도에 따라 분산 및 피크 폭 측면에서 어떻게 변화하는가?
• RQ2 패배 수준 근처에서 ARPES 스펙트럼에서 관측된 이례적인 넓어짐의 기원은 무엇인가?
• RQ3 CeCoIn5의 f 기반 밴드는 어떻게 분산되며, 그 스펙트럼 강도는 운동량과 온도에 따라 어떻게 달라지는가?
• RQ4 관측된 ARPES 특성들이 주기적 앤더슨 모델에서 유도된 이중 수준 혼합 모델의 예측과 어느 정도 일치하는가?
• RQ5 f 전자와 도체 전자 간의 화합 효과는 CeCoIn5의 저에너지 전자 구조를 형성하는 데 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 브릴루앙 영역 모서리 근처의 준 2차원 패배 표면 시트에 대해 약간의 온도 의존적 이동이 관측되었다.
• 패배 에너지에 접근할수록 ARPES 피크 폭이 이례적으로 넓어졌으며, 이는 강한 many-body 효과를 시사한다.
• 121 eV에서 공진 ARPES를 통해 평탄한 f 기반 밴드가 해상도 했으며, 이는 명백한 온도 의존성과 k에 의존하는 스펙트럼 강도를 보였다.
• 분산 및 강도 변화를 포함한 관측된 스펙트럼 특성들은 주기적 앤더슨 모델에서 유도된 이중 수준 혼합 모델과 정성적으로 일치한다.
• f 전자와 도체 밴드 간의 화합 효과는 강한 운동량 및 온도 의존성을 보이며, 강한 전자 상호작용 효과를 지지한다.
• 결과는 CeCoIn5에서 화합에 의해 유도된 중성자 준입자 형성에 대한 직접적인 실험적 증거를 제공한다. 이는 중성자 페르미온 시스템의 핵심 특징이다.