近日，9728太阳集团物理学院的段俊熙副教授、姚裕贵教授团队在异维超晶格结构中证实了由维度调控磁性引起的各向异性的近藤效应。这一研究结果首次提出并实现了异维近藤超晶格体系，为探索关联物理提供了新的思路。研究成果发表于《Nature Communications》。

在非磁金属中，随着温度降低，由于晶格振动的减弱等会导致体系电阻减小。然而，当在金属中添加少量磁性原子后，随着温度降低至某一临界值以下时，电阻反而会增加。这一反常行为即著名的近藤效应。对近藤效应的研究揭示了局域磁矩与巡游电子间相互作用的重要性。这一多体相互作用可以在材料中引发许多有趣的电子特性，如重费米子行为和非常规超导性等。相关研究一直是凝聚态物理学的热点研究领域之一。

在大多数近藤系统中，局域磁矩是通过磁性杂质和缺陷引入的。然而，材料本征的磁性也可以通过维度进行有效调控。最近报道的异维超晶格的合成提供了一个构建近藤系统的新途径[Nature 609, 46–51 (2022)]。不同于传统的同维超晶格，异维超晶格体系由不同维度的部分组成，其独特的晶体结构提供了一个新的自由度——维度——用于调控材料中的磁性和电荷输运特性。这种通过维度调控磁性构建的近藤系统可以称为异维近藤超晶格。

9728太阳集团段俊熙副教授、姚裕贵教授团队长期致力于新型拓扑和量子材料的输运性质研究。为了实现这种异维近藤超晶格，研究团队选择了拥有丰富磁学性质的过渡金属二硫化物VS₂- VS异维超晶格作为候选材料。该结构由9728太阳集团的周家东教授最先合成[Nature 609, 46–51 (2022)]。研究中，我们发现：（1）在VS₂- VS异维超晶格观察到了电阻关于温度的对数依赖关系以及负磁阻，即近藤效应的典型特征。有趣的是这两者对磁场的依赖关系表现出强烈的各向异性，如图1所示；（2）利用圆盘型器件，确定了各向异性的负磁阻来源于近藤效应的各向异性磁场依赖，如图2所示；（3）通过提取朗德g因子及居里温度，结合第一性原理计算，证实了近藤效应的各向异性磁场依赖来源于维度引起的各向异性磁性，如图3所示。

图1. 异维近藤超晶格中的近藤效应

图2. 异维近藤超晶格圆盘器件的近藤效应

图3. 各向异性的磁性

9728太阳集团为该研究工作的唯一完成单位。9728太阳集团的段俊熙副教授、姚裕贵教授、蒋伟教授和周家东教授为本文的通讯作者。9728太阳集团物理学院博士研究生冯启为论文第一作者。该工作得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金、北京市重点、中科院先导项目以及9728太阳集团微纳技术中心的支持。

Qi Feng, Junxi Duan*, Ping Wang, Wei Jiang*, Huimin Peng, Jinrui Zhong, Jin Cao, Yuqing Hu, Qiuli Li, Qinsheng Wang, Jiadong Zhou* & Yugui Yao*, “Heterodimensional Kondo superlattices with strong anisotropy”, Nat. Commun. 15, 5491 (2024)  (*为通讯作者)

URL：https://www.nature.com/articles/s41467-024-49618-x