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武汉物数所等发现磁性原子对拓扑电子态的影响

2014.12.25

  拓扑材料因其新奇的表面态引起了人们广泛的关注。这种受时间反演对称性保护的相对论性拓扑电子态具有自旋手征性,因此在自旋电子学和量子计算方面有着巨大的应用前景。目前,许多实验和理论研究表明拓扑电子态在非磁散射下表面的时间反演对称性仍然保持。但磁散射下对称性是否发生破缺从而破坏拓扑材料表面态的性质仍存争议。

  中国科学院武汉物理与数学研究所曹更玉课题组与物理研究所表面物理国家重点实验室孟胜课题组合作在磁性原子的近藤效应(Kondo Effect)保护的拓扑电子态研究方面取得新进展,相关研究结果近期发表在美国化学会的ACS Nano(2014, 8, 11576)杂志上。

  武汉物数所副研究员于迎辉和博士研究生佘利敏等利用低温扫描隧道显微镜研究了磁性钴原子在锑Sb(111)拓扑表面的物理性质。研究发现位于表面上的钴原子在费米能级附近出现很强的Kondo共振峰;而对于处于表面下的钴原子并不存在Kondo效应。通过研究表面的准粒子相干现象并分析可能的散射通道,发现无论吸附钴原子之前和之后表面拓扑电子态的时间反演对称性都没有发生破缺。物理所副研究员李晖等进行的密度泛函理论计算进一步表明由于存在Kondo效应,磁性钴原子的磁矩被周围自旋极化的电子云所屏蔽从而形成Kondo自旋单态,整体表现为非磁性,因此表面的时间反演对称性并不会发生破缺。理论计算结果与实验观察结果一致。

  这一研究进一步加深了对拓扑材料磁散射下表面物理性质的理解,拓展了拓扑材料在自旋电子器件方面的应用前景。

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Co/Sb(111)表面的Kondo效应和准粒子相干现象

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