强关联拓扑材料的扫描隧道显微学探索研究

基本信息
批准号:11904335
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:26.00
负责人:刘琴
学科分类:
依托单位:中国工程物理研究院材料研究所
批准年份:2019
结题年份:2022
起止时间:2020-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:
关键词:
扫描隧道谱电子强关联稀土单氮族化合物拓扑
结项摘要

Rare-earth monopnictides CeSb and CeBi are characterized as low carrier and strongly correlated semimetals. They exhibit extremely large magnetoresistance, Kondo-type behavior and complex M-T phase diagrams. Recent band structure calculations and measurements indicate they even have nontrivial band topology. However, there are some debates about their topological properties, and some researchers claim that a topological phase transition from trivial to nontrivial occurs at the border between CeSb and CeBi. As contrast, LaX (X=Sb, Bi), which have the same lattice structure with CeX but don’t have f electron, are nonmagnetic semimetals. Their topological properties also need to be further studied. In this project, we intend to grow high quality single crystals of RX (R = Ce, La; X = Sb, Bi), perform transport measurements and then systematically study the cleaved single crystals by scanning tunneling microscope/spectroscopy (STM/STS). Although various experimental techniques have been applied to investigate RX, STM studies haven’t been reported until now. We plan to obtain the topographic images of cleaved single crystals with atomic resolution, detect the differential conductance spectra, perform quasiparticle interference (QPI) measurements to study the electronic structure under various temperatures and magnetic fields and also study the effects of surface atomic defects. We believe this project can help us to clarify the topological properties of RX, to thoroughly understand the interactions among strong electron correlation, magnetic ordered phase and topological properties, and to reveal the origin of the nontrivial topology in the family of rare-earth monopnictides.

稀土单氮族化合物CeSb、CeBi是低载流子强关联半金属材料,具有复杂的M-T相图和极大的磁阻效应,更有实验和理论计算表明它们可能是少有的兼具电子强关联效应和非平庸拓扑性质的体系,但其拓扑性质尚存争议,更有学者提出它们正好处在平庸到非平庸的拓扑相变转折点上。LaX(X=Sb、Bi)作为CeX缺少f电子的对照体,是无磁性的半金属,但拓扑性质也尚存争议。本项目拟开展对CeSb、CeBi、LaSb、LaBi的单晶制备、物性测量和扫描隧道显微学对比研究,填补它们的STM研究空白,获取单晶表面原子分辨的形貌像和扫描隧道谱,利用准粒子相干散射技术测量不同温度和磁场下的能带结构、探测它们的拓扑性质,并进行表面缺陷的研究。拟通过本项目帮助深入理解电子强关联、磁有序相、拓扑性质等效应之间的相互影响,澄清RX(R=Ce、La,X=Sb、Bi)的拓扑性质,揭示其中非平庸拓扑性质的起源。

项目摘要

通过本项目的实施,我们成功的制备出高质量的CeX、LaX (X=Sb、Bi)单晶,并通过X射线衍射测量和输运测量确认了它们的品质。我们成功的在超高真空环境对CeX、LaX进行了解理,并开展了一系列的超高真空扫描隧道显微学(STM/STS)研究。我们获得了CeX解理表面的形貌像并确认了它们的原子结构,发现在低温下CeX的dI/dV谱在费米能级附近会出现非对称的谷型特征,通过Fano拟合、变温实验、与理论计算结果对比,我们确认了该特征是由Ce的f电子与巡游电子杂化引起的,并且其随温度演变的行为可以近似用单杂质的近藤模型进行描述。而LaX的STM/STS对照实验提供了强有力的证据进一步证实CeX中的非对称谷型特征是由f电子与巡游电子杂化形成的近藤共振态引起的。值得注意的是,在液氦温度附近CeSb、CeBi已经处于反铁磁相的基态,因此低温下谷型特征的存在意味着CeX中的f电子既参与了磁有序结构的构建又与巡游电子发生了杂化,与此同时,我们在CeBi的一种解理面上直接探测到了反铁磁序结构、反铁磁态与近藤共振态的共存。加磁场的情况下,CeX发生系列磁相变、伴随着能带劈裂并且在STS谱上呈现出对应特征,但是不同磁性相的准粒子相干散射(QPI)测量却表明进入铁磁相的CeSb、CeBi中没有额外的非平庸拓扑态的相关特征产生,不支持CeX中存在强关联效应与非平庸的拓扑性质耦合的观点。此外,通过对不同缺陷的对比研究,我们认识了包括近藤空穴在内的几种缺陷对CeX中近藤效应的影响。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

玉米叶向值的全基因组关联分析

玉米叶向值的全基因组关联分析

DOI:
发表时间:
2

基于 Kronecker 压缩感知的宽带 MIMO 雷达高分辨三维成像

基于 Kronecker 压缩感知的宽带 MIMO 雷达高分辨三维成像

DOI:10.11999/JEIT150995
发表时间:2016
3

疏勒河源高寒草甸土壤微生物生物量碳氮变化特征

疏勒河源高寒草甸土壤微生物生物量碳氮变化特征

DOI:10.5846/stxb201912262800
发表时间:2020
4

基于分形维数和支持向量机的串联电弧故障诊断方法

基于分形维数和支持向量机的串联电弧故障诊断方法

DOI:
发表时间:2016
5

五轴联动机床几何误差一次装卡测量方法

五轴联动机床几何误差一次装卡测量方法

DOI:
发表时间:

刘琴的其他基金

批准号:61402161
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81502825
批准年份:2015
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30600460
批准年份:2006
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61103006
批准年份:2011
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31272700
批准年份:2012
资助金额:15.00
项目类别:面上项目
批准号:11705205
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31472308
批准年份:2014
资助金额:85.00
项目类别:面上项目
批准号:61872133
批准年份:2018
资助金额:63.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

拓扑近藤绝缘体的低温扫描隧道显微学研究

批准号:11304039
批准年份:2013
负责人:张童
学科分类:A2009
资助金额:30.00
项目类别:青年科学基金项目
2

低温强磁场扫描隧道显微镜对强关联材料电子结构的研究

批准号:11374260
批准年份:2013
负责人:尹艺
学科分类:A2004
资助金额:89.00
项目类别:面上项目
3

Ce基和U基重费米子材料的扫描隧道显微学研究

批准号:11774060
批准年份:2017
负责人:闫亚军
学科分类:A2009
资助金额:74.00
项目类别:面上项目
4

FeSe铁基超导薄膜的扫描隧道显微学研究

批准号:11474062
批准年份:2014
负责人:张童
学科分类:A2004
资助金额:100.00
项目类别:面上项目