Science:觀測奇異金屬中臨界電荷模式


一、【導讀】

奇異金屬(SM)是在量子材料中普遍存在的一種物質狀態,具有很強的相關性,常表現為以不穩定量子臨界點(QC)為中心的相圖扇形區域。雖然量子臨界中的自旋動力學已被廣泛研究,但由于缺乏合適的實驗室探針,因此對SMs的電荷動力學的實驗知之甚少。穆斯堡爾譜法是檢測低頻縱向電荷動力學的經典方法,過去曾成功地用于檢測銪和鐵基化合物電荷有序躍遷時電荷動力學的減慢。然而,由于缺乏合適的放射性同位素源,穆斯堡爾方法的廣泛應用一直受到阻礙。

二、【成果掠影】

近日,美國羅格斯大學Piers Coleman、日本東京大學Satoru Nakatsuji和兵庫大學Hisao Kobayashi等人利用同步輻射穆斯堡爾譜法研究了β-YbAlB4奇異金屬相的電荷升降與溫度和壓力的關系。研究發現,費米液相區中通常的單吸收峰在進入臨界區時分裂成兩個峰。通過將此光譜解釋為單個核躍遷,受附近的電子價態波動調制,其長時間尺度因帶電極化子的形成而進一步增強。這些臨界電荷波動可能被證明是奇異金屬的明顯特征。研究成果以題為“Observation of a critical charge mode in a strange metal” 發表在知名期刊Science上。

三、【數據概況】

1、實驗設置和示意圖 ? 2023 AAAS

 

2、同步輻射的溫度和壓力依賴性β-YbAlB4的穆斯堡爾譜 ? 2023 AAAS

 

3β-YbAlB4Lamb-M?ssbauer因子fLM ? 2023 AAAS

四、【成果啟示】

本研究結果的一種可能是Yb2+和Yb3+離子態之間經典價躍遷臨界終點的QC調諧;另一種可能是觀察到的價電子漲落模式是SM區的固有屬性,這與自旋電荷分離相關,自旋電荷分離隨著f電子費米表面的坍塌而發展。通過使用基于SR的穆斯堡爾譜,本研究為β-YbAlB4的SM區中異常緩慢的電荷波動提供了直接證據。由于它們的時間尺度比晶格響應的時間尺度長,因此推斷了混合價態中的極化子形成。由于局部平衡是在普朗克時間尺度上建立的,因此很自然地將檢測到的慢速電荷波動視為不同流體動力學模式的可能特征。這表明納秒電荷波動和反常振動并不是β-YbAlB4特有的,而是量子材料中SM區的普遍性質。

文獻鏈接:Observation of a critical charge mode in a strange metal (Science, 2023, 379, 908-912)

本文由賽恩斯供稿。

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