[论文解读] The electronic structure of CeCoIn5 from angle-resolved photoemission spectroscopy II: Hybridization effects

A. Koitzsch, С. В. Борисенко+10 more|ArXiv.org|Feb 17, 2009

Rare-earth and actinide compounds被引用 27

一句话总结

本研究利用角分辨光电子能谱（ARPES）研究了重费米子超导体CeCoIn5的电子结构，重点关注f电子与导带之间的混合效应。温度依赖的ARPES测量揭示了费米能级附近的异常展宽，以及一种k依赖、温度敏感的平坦f电子衍生能带，与从周期性Anderson模型推导出的双能级混合模型一致，为该非传统超导体中强电子关联效应提供了直接证据。

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.

研究动机与目标

• 利用角分辨光电子能谱（ARPES）研究CeCoIn5——一种重费米子超导体的低能电子结构。
• 研究布里渊区角附近准二维费米面片的色散关系和谱线宽度随温度的变化。
• 通过121 eV光子能量的共振ARPES探测局域f电子与巡游导带电子之间的混合效应。
• 检验实验结果与从周期性Anderson模型推导出的双能级混合模型的一致性。
• 理解费米能级附近异常谱展宽和k依赖谱权重的起源。

提出的方法

• 在100 eV光子能量下进行角分辨光电子能谱（ARPES），沿特定k方向测绘CeCoIn5的电子能带结构。
• 开展温度依赖的ARPES测量，分析费米能级附近费米动量和谱线宽度的变化。
• 在121 eV光子能量下进行共振ARPES实验，以增强对f电子态的敏感性并探测其色散关系。
• 识别出一条平坦的f电子衍生能带，并分析其谱权重和温度依赖性。
• 将实验数据与基于周期性Anderson模型的双能级混合模型预测结果进行比较。
• 定量评估谱权重演化和能带色散，以评估混合强度和相干效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 CeCoIn5在布里渊区角附近的费米面片在色散关系和谱线宽度方面如何随温度演化？
• RQ2 ARPES谱中费米能级附近观察到的异常展宽的起源是什么？
• RQ3 CeCoIn5中的f电子衍生能带如何色散？其谱权重如何依赖于动量和温度？
• RQ4 所观测到的ARPES特征在多大程度上与从周期性Anderson模型推导出的双能级混合模型预测一致？
• RQ5 f电子与导带电子之间的混合在塑造CeCoIn5低能电子结构中起什么作用？

主要发现

• 在布里渊区角附近的准二维费米面片中，观察到费米动量存在微弱的温度依赖性偏移。
• 在接近费米能级时，ARPES谱线宽度出现异常展宽，表明存在强多体效应。
• 在121 eV共振ARPES中解析出一条平坦的f电子衍生能带，其表现出明显的温度依赖性和k依赖的谱权重。
• 所观测到的谱特征（包括色散关系和强度变化）与周期性Anderson模型推导出的双能级混合模型定性一致。
• f电子与导带之间的混合效应表现出强烈的动量依赖性和温度依赖性，支持强电子关联效应。
• 结果为CeCoIn5中由混合驱动的重费米子准粒子形成提供了直接实验证据，这是重费米子体系的关键特征。