重费米子体系中多种量子态的点接触隧道谱研究

Heavy fermions are a prototype to study exotic quantum states in strongly correlated electron systems, such as heavy electron state, superconductivity and multipole orbital ordering, while point-contact spectroscopy (PCS) serves as a powerful tool to study these quantum states and is of great interest in the community. Firstly, PCS measurements on heavy fermion superconductor provide important clues on its superconducting gap and order parameter symmetry with extended Blonder-Tinkham-Klapwijk model. Secondly, heavy electrons in heavy fermions originate from the coherent hybridization between local f and itinerant conduction electrons. A Fano or hybridization gap structure is present in the point-contact spectra, mimicking the enhanced hybridization with reduced temperature. Lastly, the multipole orbital ordering in heavy fermions will open a gap with modified density of states around Fermi energy, which should be susceptible to PCS. In this project, various quantum states in heavy fermion compounds CeCu2Si2, PrOs4Sb12, PrFe4P12 and CeB6 will be our proposed focus, where needle-anvil type mechanical PCS and silver epoxy type soft PCS are planned for comparative studies with the possibility to extend soft PCS under pressure if necessary. PCS investigations on various quantum states in heavy fermions will deepen our general understanding on exotic quantum state and its manipulation in strongly correlated electron systems.

重费米子化合物是研究关联电子体系中奇异量子态的经典体系，如重电子态、超导和多极矩轨道序。如何利用点接触隧道谱探测重费米子体系的不同量子态是一个重要的物理问题，可拓展点接触谱研究的内涵。首先，通过推广的BTK模型拟合，点接触隧道谱为探索重费米子超导态的能隙和序参量对称性提供重要线索。其次，重电子态起源于局域f电子和巡游导带电子之间的相干杂化，其点接触隧道谱曲线会呈现Fano或杂化能隙的结构。最后，重费米子化合物的多极矩轨道序会引起费米能级附近态密度的变化，利用点接触谱探测轨道波能隙也是有趣的研究课题。在本项目中，我们计划以若干重费米子化合物为研究对象，比如CeCu2Si2, PrOs4Sb12, PrFe4P12和CeB6，通过针尖型机械点接触谱和(压力下)银胶型软点接触谱的比较实验，探索重费米子中不同量子态对点接触隧道谱的影响，研究强关联电子体系的新奇量子态及其调控的一般规律。

重费米子化合物是典型的强关联电子体系，表现出丰富的奇异量子基态，如隐藏序、长程轨道序等，探索其奇异量子态是当前凝聚态物理研究的热点之一，而相关的点接触谱研究将极大地拓展关联电子体系量子态的研究和应用。我们系统研究了重费米子材料Ce2PdIn8,Ce3PdIn11的点接触谱，反映了重费米子材料中局域f电子和巡游电子相干杂化，从而形成重电子态的过程。反铁磁近藤半导体体系CeT2Al10(T=Ru或Os)低温下呈现反铁磁长程序，奈尔温度高达27 K左右，点接触谱研究揭示了可能对应的反铁磁能隙结构和各向异性杂化的行为。重费米子材料PrFe4P12单晶在6.5 K经历热力学二级相变，其行为与URu2Si2的隐藏序极其相似，点接触谱测量发现可能的多极矩序能隙，与URu2Si2的点接触谱也非常类似，可能代表一类巡游性的多极矩序。. 同时，我们不断拓宽点接触谱在超导体系的探索和研究：Re6Hf具有非中心对称立方α-Mn晶体结构的超导材料,而LaPt2Si2晶体在80 K附近表现出电荷密度波的一级相变，超导转变温度为1.8 K，它们超导态的点接触谱显示常规的双峰行为，电导曲线可以用单能隙超导的BTK模型拟合。Misfit化合物Cl (Br)掺杂的(PbSe)1.12(TaSe2)单晶样品超导临界温度为Tc = 1.2 K，可能存在界面形成的拓扑超导态。PdTe2是一种属于过渡金属硫族化物的超导材料，超导转变温度在1.7 K左右，是第二类狄拉克拓扑材料。PbTaSe2是一种非中心对称超导材料，超导转变温度在3.8 K左右，该材料具有狄拉克线性节点以及与之伴随的拓扑表面态,我们通过点接触谱测量系统研究这些拓扑超导候选材料中超导的能隙结构，为相关拓扑超导的探索积累了丰富的经验。