[科普中国]-重费米子半导体

重费米子半导体是新发现的一类金属性金属间化合物中的具有异常大电子有效质量的低激发态(准粒子)的半导体。

简介重费米子半导体是新发现的一类金属性金属间化合物中的具有异常大电子有效质量的低激发态(准粒子)的半导体1。

典例特征这类材料的典型为含稀土(Ce)及锕系(U)的二元或三元化合物，计有20多种。尽管它们的基态又分为超导的磁性的费米液体(Ce, Ce, YbCuAl)三大类不同的状态，但它们的共同特征是低温电子比热系数和静态自旋磁化率均比通常金属大2~3个数量级。更引人注目的是，其准电子有效质量异常大，被称为重电子金属，理论上谓之重费米子系统(HFS)1。

研究现状对HFS的实验研究展现出十分丰富的物理内容。首先，在这类含磁性离子的材料中发现的重费米子超导体具有奇异的特征，表现在低温比热容、超声吸收和核磁弛豫率等量不服从传统BCS超导体的指数激发特性，而具有简单的幂次规律，与非声子机制的各向异性配对超导相类似。其次，除m /1外，HFS的正常态还具有诸如:磁化率从高温如同独立的离子居里-外斯(Curie-Weiss)律向低温区巡游电子的鲍利(Pauli )律过渡等近藤(Kondo)效应特征2。

最新研究近藤绝缘体(CeNiSn)又称为重费米子半导体，是HFS的第四类基态，其低激发态表现出一系列不同子重电子金属的特征，是HFS研究的热门问题。HFS理论研究尚处在定性阶段，采用Anderson晶格模型初步说明了HFS的正常态特性已证明:由于在强库仑关联极限下的f电子与传导电子间的弱杂化作用，使f电子从局域磁矩态变为无局域磁矩的弱巡游状态，并在费米面附近形成很窄的f能带，产生异常高的电子态密度，导致重费米子效应，并同时伴随着从磁向非磁连续过渡的近藤效险特征。HFS与氧化物高临界温度超导体同属强关联电子系统，是凝聚态物理研究的前沿领域3。

本词条内容贡献者为:

周敏 - 副教授 - 西南大学