通过堆叠一对单层半导体创建的模型系统为物理学家提供了一种更简单的方法来研究混杂的量子行为，从重费米子到奇异的量子相变。

该小组的论文“ Moiré Kondo Lattice 中的门可调重费米子”于 3 月 15 日发表在《自然》杂志上。主要作者是康奈尔大学卡弗里研究所的博士后赵文金。

该项目由 文理学院物理学教授Kin Fai Mak和康奈尔大学工程学院和 A&S 应用与工程物理学教授Jie Shan领导，他们是该论文的共同资深作者。两位研究人员都是 Kavli 研究所的成员；他们通过教务长的纳米科学和微系统工程 (NEXT Nano) 计划来到康奈尔大学 。

透射电子显微镜图像显示了二碲化钼和二硒化钨的莫尔晶格。

该团队着手解决所谓的近藤效应，该效应以日本理论物理学家 Jun Kondo 的名字命名。大约六年前，实验物理学家发现，通过采用金属并用磁性杂质代替少量原子，他们可以散射材料的传导电子并从根本上改变其电阻率。

这种现象让物理学家感到困惑，但近藤用一个模型解释了它，该模型显示了传导电子如何“屏蔽”磁性杂质，使得电子自旋与磁性杂质的自旋在相反方向配对，形成单线态。

虽然 Kondo 杂质问题现在已广为人知，但 Kondo 晶格问题——具有规则磁矩晶格而不是随机磁性杂质的问题——要复杂得多，并继续困扰着物理学家。近藤晶格问题的实验研究通常涉及稀土元素的金属间化合物，但这些材料有其自身的局限性。

“当你一直向下移动到元素周期表的底部时，你最终会在一个原子中找到大约 70 个电子。”Mak 说。“材料的电子结构变得如此复杂。即使没有近藤互动，也很难描述正在发生的事情。”

研究人员通过堆叠两种半导体的超薄单层来模拟 Kondo 晶格：调整到 Mott 绝缘状态的二碲化钼和掺杂有流动传导电子的二硒化钨。这些材料比体积庞大的金属间化合物简单得多，而且它们以巧妙的方式堆叠在一起。通过将层旋转 180 度角，它们的重叠会形成莫尔格子图案，将单个电子捕获在微小的槽中，类似于鸡蛋盒中的鸡蛋。

这种配置避免了几十个电子在稀土元素中混杂在一起的复杂情况。简化的 Kondo 晶格不需要化学来准备金属间化合物中的规则磁矩阵列，只需要一个电池。当施加恰到好处的电压时，材料会按顺序形成自旋晶格，而当调到不同的电压时，自旋就会熄灭，从而产生一个连续可调的系统。

“一切都变得更简单、更可控。”Mak 说。

研究人员能够连续调整自旋的电子质量和密度，这在传统材料中是做不到的，在这个过程中，他们观察到用自旋晶格装饰的电子可以比“裸露的”重 10 到 20 倍。 ” 电子，取决于施加的电压。

可调性还可以引起量子相变，重电子由此转变为轻电子，其间可能出现“奇怪”的金属相，其中电阻随温度线性增加。这种转变的实现对于理解铜氧化物的高温超导现象特别有用。 

“我们的结果可以为理论家提供实验室基准。”Mak 说。“在凝聚态物理学中，理论家正试图处理万亿相互作用电子的复杂问题。如果他们不必担心真实材料中的其他并发症，例如化学和材料科学，那就太好了。所以他们经常用“球形牛”近藤晶格模型研究这些材料。在现实世界中，你无法创造一头球形母牛，但在我们的材料中，我们现在已经为 Kondo 晶格创造了一个。”
合著者包括博士生沉博文和醉涛；博士后康开飞和韩忠东；和日本筑波国家材料科学研究所的研究人员。

这项研究主要得到了空军科学研究办公室、国家科学基金会、美国能源部以及戈登和贝蒂摩尔基金会的支持。

注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。