[论文解读] 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 5

一句话总结

本研究调查了SmB6中压力诱导的量子相变，揭示了在约4 GPa时从拓扑Kondo绝缘体向费米液体态的转变。通过电阻力率、霍尔效应和价态测量，作者证明了Kondo纠缠的破坏以及反霍尔系数的跃迁，为混合价态体系中压力下Kondo效应的破坏提供了直接证据。

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.

研究动机与目标

• 理解强电子关联与SmB6中拓扑电子态之间的相互作用。
• 研究压力如何影响SmB6中Kondo杂化能隙和电子关联。
• 确定在压力下是否发生量子相变及其在拓扑Kondo绝缘体背景下的性质。
• 阐明混合价态行为在Kondo物理的出现与抑制中的作用。

提出的方法

• 通过高压电阻力率测量追踪Kondo能隙和费米液体行为的演化。
• 利用霍尔效应测量提取反霍尔系数，并监测载流子浓度和散射的变化。
• 采用价态谱学探测压力下Sm 4f态的杂化和混合价态特征。
• 分析电子-电子散射系数随压力的变化，以检测可能预示量子临界性的发散行为。
• 对比电阻率与霍尔数据，识别出约4 GPa处的突变，表明发生量子相变。

实验结果

研究问题

• RQ1 压力是否在SmB6中诱导出量子相变？若存在，其性质是什么？
• RQ2 随着压力增加，Kondo杂化能隙如何演化？
• RQ3 混合价态行为在压力下抑制Kondo效应中起什么作用？
• RQ4 是否存在高压力下基态中Kondo纠缠破坏的证据？

主要发现

• 在约4 GPa处发生压力诱导的量子相变，SmB6从拓扑Kondo绝缘体转变为费米液体态。
• 反霍尔系数在约4 GPa处出现不连续跃迁，表明载流子浓度和散射机制发生突然变化。
• 电子-电子散射系数在约4 GPa附近表现出发散趋势，表明量子临界行为的开始。
• 基态中的Kondo纠缠在约4 GPa处被破坏，表现为Kondo杂化能隙的抑制。
• 该转变发生在混合价态背景中，Sm 4f态在压力下表现出显著的杂化变化。