二維重費米子材料問世
- 上線日期：2010/3/31 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
日本物理學家利用分子束磊晶法(molecular beam epitaxy, MBE)，製作出了厚度僅一層分子的二維(2D)重費米子材料(heavy-fermion material)，並有系統地研究其電性如何變化，為重費米子的量子相變(quantum phase transition)提供了最好的佐證。這項研究成果可望協助科學家釐清某些層狀材料在相當高溫時仍具有超導性的原因。
某些材料如銦化鈰(CeIn3)中電子交互作用極強，其導電電子(電子為費米子)的有效質量是在一般導體中的數百倍，因此被稱為重費米子材料。科學家認為這種電子間的強交互作用在高溫超導體也扮演著重要角色，因此重費米子材料便成為了解高溫超導的試金石。
由於高溫超導體具有2D層狀結構，科學家對於層狀重費米子倍感興趣，因為可以用它來檢驗侷限在2D晶格面上的電子與高溫超導性的關聯。實驗發現有些材料的超導性出現在量子相變附近，更加深了這個推測。
科學家已經製作出3D重費米子晶體，但直到最近京都大學及名古屋大學的Yuji Matsuda等人才利用半導體製程首度製作出層狀重費米子材料。他們以MBE在基板上交替沉積了30層的CEIn3及LaIn3，每層LaIn3為4個分子厚，CeIn3層則介於1至8個分子厚。由於厚度夠，LaIn3層之間幾無電子耦合，因此CeIn3層可視為隔離系統，而最薄與最厚的CeIn3層應分別表現出2D及3D的行為。
日本團隊將樣品降溫至100 mK，並觀察CEIn3層變薄時是否出現相變，結果得到幾項CeIn3在磁性與非磁性間發生量子相變的證據：首先，在外加磁場下樣品的電阻率升高；其次，隨著厚度減少，CeIn3層的電阻率由溫度平方的函數改變成線性函數；兩者都是電子被CeIn3層量子磁擾動散射的表現。詳見Science 327, pl980 (2010)。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/41763
譯者:蔡雅芝(逢甲大學光電學系)
責任編輯:蔡雅芝
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