物理学院王锐、王伯根课题组在可控新颖近藤物理的研究中取得重要进展

近日，南京大学物理学院王锐副教授、王伯根教授课题组提出了通过局域应力实现可控近藤效应的新理论，其物理原理是：利用二维材料的局域应力产生赝磁场和赝朗道能级，通过和二维材料中的电子耦合，进一步产生基于朗道能级的近藤共振现象。与磁性杂质、量子点等传统的近藤体系相比，该体系不仅基于新的物理机制，而且可以连续地调控近藤模型的SU(N)对称性, 从而能够实现更加新奇的近藤现象。

图1. 基于赝朗道能级的近藤共振机制示意图

近藤效应是凝聚态物理中典型的量子多体关联效应之一，它的产生需要两个基本条件，一是需要简并量子态，二是需要简并量子态与热库电子之间的相互耦合。在传统近藤效应中，磁性杂质的自旋态提供了简并的量子态（图1(a)）。而该研究工作发现，二维材料中的局域应力（图1(c)）会带来赝朗道能级，其内部简并的朗道轨道（图1(b)）可以进一步和热库电子耦合，提供了实现近藤效应的全部物理要素 （图1(d)）。解析和数值重整化群计算表明：二维材料中的局域应力能够在低能窗口中产生一个等效的安德森杂质模型，简并的朗道轨道构成了一个等效赝自旋，和热库电子之间通过SU(N)自旋交换作用相互耦合（图1(e)所示）。

图2. 赝朗道能级共振所产生的自由度冻结近藤效应

上述近藤效应不仅在机制上不同于传统的近藤物理，而且具有两个独特之处：一是其具有更好的可调性，能够通过对局域应力的调控连续调节近藤系统内禀的SU(N)对称性；二是由于这里的近藤物理主要由最低赝朗道能级所贡献，因此投影后的库伦相互作用可以产生更加新颖的近藤现象。例如通过调控局域应力，可以在二维材料中实现双高斯型应变（图2(a,b)），此时的低能物理可以被一个侧耦合（side-coupled）安德森模型所描述。以SU(3)侧耦合安德森模型为例，通过数值重整化群计算发现，系统除了近藤屏蔽效应以外还存在额外的自由度冻结现象（图2(c,d)），最终会在SU(3)安德森模型中产生自由度冻结的SU(2)近藤单态（图2(e,f)。该工作为进一步探索应力调控的量子多体物理提供了新思路。

这一研究成果以“Programmable Kondo Effect Formed by Landau Levels”为题，发表在Physical Review Letters 上 [Phys. Rev. Lett. 133, 256703 (2024)] 。这是王锐、王伯根课题组继拓扑超导体的近藤共振[Phys. Rev. Lett. 122, 087001 (2019)], 以及自旋液体中由规范涨落演生的近藤现象[Phys. Rev. Lett. 127, 237202 (2021)]后，在近藤物理研究方向取得的又一重要研究进展。 南京大学物理学院博士研究生陈宏和陈昀为论文共同第一作者，王锐副教授和王伯根教授为论文通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划、科技创新2030重大项目、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金前沿技术计划，以及小米基金会的资助。同时这项工作得到了南京大学物理学院、固体微结构物理国家重点实验室、人工微结构科学与技术协同创新中心、江苏省物理科学研究中心和合肥国家实验室的支持。

原文链接： https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.256703