[論文レビュー] Emergence of a coherent in-gap state in SmB6 Kondo insulator revealed by scanning tunneling spectroscopy

Wei Ruan, Cun Ye+5 more|arXiv (Cornell University)|Mar 1, 2014

Rare-earth and actinide compounds被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、スキャントンネル分光法を用いて、Kondo絶縁体であるSmB6において、整合性のある準位状態が明らかにされた。40 K未満の温度で、ハイブリダイゼーションギャップの下側に近い領域に、明確な共鳴ピークが出現する。これは、スピン軌道結合と混合価数フラクチュエーションによって駆動される集団的磁気励起を示しており、トポロジカルKondo絶縁体における電子構造および輸送異常に関する新たな知見を提供する。

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.

研究の動機と目的

• 高分解能スキャントンネル顕微鏡を用いて、SmB6の(001)表面の電子構造を調査すること。
• 特に残余導電性を示す絶縁的挙動を示すSmB6の異常な輸送特性の起源を理解すること。
• Kondo絶縁体状態における準位状態の出現とその温度依存性を調査すること。
• 準位状態が集団的磁気励起によるものか、それとも他の多体効果によるものかを特定すること。

提案手法

• 60 Kまで可変温度のスキャントンネル分光法（dI/dV）を、割れたSmB6 (001)表面に対して実施する。
• 局所的状態密度を測定し、フェルミ準位近くでのギャップ的抑制を特定する。
• 温度依存スペクトルを分析し、ハイブリダイゼーションギャップ内に明確な共鳴ピークが出現するかを検出する。
• 観測されたスペクトル特徴をもとに、スピン軌道結合と混合価数フラクチュエーションを含む集団的磁気励起の存在を推論する。
• 実験データをKondo絶縁体およびトポロジカル表面状態の理論モデルと比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 40 K未満で出現する明確な準位状態は、何によって引き起こされるのか？
• RQ2 Sm 5dと4fバンドのハイブリダイゼーションは、フェルミ準位近くの電子構造にどのように影響するか？
• RQ3 準位状態の共鳴状態は磁気的起源であるか。スピン軌道結合と価数フラクチュエーションは、その形成にどのような役割を果たすか？
• RQ4 準位状態の整合性は温度にどのように依存するか？

主な発見

• Sm 5dと4fバンドのハイブリダイゼーションにより、フェルミ準位近くにギャップ的抑制が観測される。
• 40 K未満で、ハイブリダイゼーションギャップの下側に近い領域に、明確な共鳴ピークが出現し、整合性のある準位状態を示している。
• 準位状態の共鳴状態は、スピン軌道結合と混合価数フラクチュエーションを含む集団的磁気励起に起因するとされる。
• 共鳴ピークの温度依存性から、その整合性が確認され、40 K未満で明確な発現が観察される。