二维重费米子材料：科学家重大发现引发关注

来自 实验室仪器网

重费米子材料含有元素周期表中称为镧系元素和锕系元素的元素的磁离子。这些重费米子材料中的电子会被磁离子缠结并减慢速度。这使得电子（一种费米子）表现得好像它们的质量要大得多。这就是为什么它们被称为重费米子材料。在铜等传统金属中，电子实际上表现得像气体。在重费米子材料中，电子反而强烈相互作用并表现得像缓慢的液体。电子之间的强烈相互作用与许多奇异行为有关，包括超导性，其中电流的电阻为零。重费米子已经被研究了很多年，因为科学家们知道，通过调整电子和磁性离子之间的相互作用，它们可以使材料成为超导体。到目前为止，所有已知的重费米子都具有3D晶体结构，就像厨房盐或钻石一样。但最近，研究人员能够以2D形式制造这些材料。

为什么二维重费米子如此有趣——二维材料只有几个原子厚，但在长度和宽度上却延伸到数千个原子上。这种几何形状限制了电子的移动方式。在传统材料中，电子可以像汽车在3D空间中飞行一样有效地相互回避。在二维材料中，电子被迫相互相互作用，就像堵车中的汽车一样。科学家们认为，二维重费米子将更容易调谐并变成超导体或其他物质量子相，就像将半导体缩小为量子点导致新的量子现象一样，正如诺贝尔奖所庆祝的那样。

通过降低重费米子材料中的一个维度，科学家们希望发现一种新的范式来探索物质的新型量子相。在二维材料中，电子-电子相关性得到增强，磁序被抑制。根据最近的研究和理论考虑，这些途径有望在重费米子中调谐所谓的近藤相互作用。这将使研究人员能够将材料靠近可能出现超导的量子临界区域。

二维重费米子是一类罕见的材料，人们多年来一直在寻找，但直到现在才被发现。通过扫描晶体学数据库，研究人员选择研究碘化硅铈（CeSiI）。这种材料具有三种关键成分：铈原子，提供磁矩;金属电导率，与自由运动的电子有关;以及范德华层状结构，可以从中剥离原子薄层。通过使用扫描隧道显微镜、光电子能谱和其他电子结构探针，研究人员证明了 CeSiI 确实承载了重费米子。最重要的是，研究人员确定，重费米子行为的物理特征在仅由四层组成的薄样品中保留下来。在将薄片与散装样品进行比较时，他们还发现磁跃迁发生了微小的变化，这表明有一天，只需控制样品厚度就可以调整近藤相互作用。

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