[論文レビュー] Quantum phase transition and destruction of Kondo effect in pressurized SmB6

Yazhou Zhou, Qi Wu+19 more|arXiv (Cornell University)|Mar 17, 2016

Rare-earth and actinide compounds参考文献 28被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、SmB6における圧力誘発量子相転移を調査し、約4 GPaでトポロジカルKondo絶縁体からフェルミ液体状態への転移が起こることを明らかにした。電気抵抗率、ホール効果、価数測定を用いて、Kondoエンタングルメントの破壊と逆ホール係数のジャンプを示し、混合価数系における圧力下でのKondo効果の崩壊を直接的証明した。

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.

研究の動機と目的

• SmB6における強い電子相関とトポロジカル電子状態の相乗的相互作用を理解すること。
• 圧力がSmB6におけるKondo混合ギャップおよび電子相関に与える影響を調査すること。
• 圧力下で量子相転移が発生するかどうか、およびその性質をトポロジカルKondo絶縁体の文脈で特定すること。
• 混合価数挙動がKondo物理学の出現および抑制に果たす役割を明確にすること。

提案手法

• Kondoギャップおよびフェルミ液体行動の進化を追跡するために、高圧下での電気抵抗率測定が実施された。
• 逆ホール係数の抽出およびキャリア密度と散乱の変化のモニタリングに、ホール効果測定が用いられた。
• 圧力下でのSm 4f状態の混合および混合価数特性を調べるために、価数分光法が採用された。
• 電子間散乱係数の圧力依存性を分析し、量子臨界性を示唆する発散の兆候を検出するための解析が行われた。
• 抵抗率およびホールデータの比較的分析により、約4 GPaで急激な転移が確認され、量子相転移の存在が示された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 圧力はSmB6に量子相転移を誘発するか。その場合、その性質は何か？
• RQ2 Kondo混合ギャップは圧力の増加に伴いどのように変化するか？
• RQ3 混合価数挙動は、圧力下でのKondo効果の抑制に果たす役割は何か？
• RQ4 高圧下の基底状態におけるKondoエンタングルメントの破壊に、証拠はあるか？

主な発見

• 約4 GPaで圧力誘発量子相転移が発生し、SmB6はトポロジカルKondo絶縁体からフェルミ液体状態に転移する。
• 逆ホール係数が約4 GPaで不連続なジャンプを示し、キャリア密度および散乱メカニズムの急激な変化を示唆する。
• 電子間散乱係数は4 GPa付近で発散する傾向を示し、量子臨界行動の始まりを示唆する。
• 基底状態におけるKondoエンタングルメントは約4 GPaで破壊され、Kondo混合ギャップの抑制によって裏付けられる。
• この転移は混合価数背景で発生し、Sm 4f状態は圧力下で顕著な混合変化を示す。