领物课堂 | 中国科学技术大学项子霁特任教授分享“近藤绝缘体中的量子振荡现象和反常电输运行为”的报告

课程简介

按照传统能带论观点，金属材料中电子系统的费米能穿过电子能带，形成费米面。在外磁场作用下，电子动能产生朗道量子化；朗道能级随着外磁场的变化依次越过费米能，导致电子系统的热力学势以及费米面上的电子态密度都出现以磁场倒数为周期的振荡，即量子振荡效应。该效应可以反映在磁化率、电阻率、热导率、热电势以及电子比热等很多可观测物理量当中。对于绝缘体而言，由于化学势位于带隙中，系统中不存在电子费米面，量子振荡现象不会出现。量子振荡测量因此成为表征金属材料中电子系统基本性质（包括电子轨道面积、电子有效质量及迁移率），研究费米面结构的主要实验手段之一。

然而，近期实验研究发现在以SmB₆和YbB₁₂为代表的近藤绝缘体——一类由 f 电子和 d 电子之间的杂化效应打开带隙的强关联窄能隙绝缘体——当中，出现了反常的量子振荡效应，该现象不能用传统能带论解释，而近藤绝缘体展现出的奇特电输运特征也在相当程度上超越了朗道费米液体理论甚至玻尔兹曼图象的描述范围。这些强关联系统中的反常特性引起了凝聚态物理学界的广泛关注，为一批基于复杂多体相互作用的新物理模型的建立提供了关键启示。

在本次课程中，我们特别邀请到中国科学技术大学微尺度物质科学国家研究中心项子霁特任教授，带来题目为近藤绝缘体中的量子振荡现象和反常电输运行为的报告。在这次报告中，项子霁老师将介绍他们近年来在对近藤绝缘体YbB₁₂的研究中观测到的一系列新奇物理现象：通过结合磁转矩、电输运和趋肤深度等实验手段，探测并分析了YbB₁₂在强磁场下展现出的量子振荡、绝缘体-金属转变以及反常的霍尔效应和磁电阻行为。这些研究结果表明该材料的基态在复杂关联效应影响下已经不能用传统的绝缘体-金属二分法来理解。基于 f 电子体系和混合价态领域的一系列前期理论工作，指出YbB₁₂当中奇特而丰富的衍生现象很可能表明其中存在电中性的巡游准粒子，这些中性准粒子形成费米面并在低温下进入相干的费米液体态。另一方面，能隙中的带电粒子仍处于非相干态，并与中性准粒子之间有很强的散射作用。项子霁老师的研究不但给出强关联电子体系中电中性粒子存在的重要证据，也为人们对 f 电子分数化效应的进一步理解奠定了实验基础。

主讲人 项子霁

特任教授

中国科学技术大学 微尺度物质科学国家研究中心

项子霁老师现为中国科学技术大学微尺度物质科学国家研究中心特任教授，博士生导师。2010年获中国科学技术大学应用物理学专业学士学位。2016年3月获中国科学技术大学物理学专业博士学位。2016年6月至2021年5月在密歇根大学物理系任博士后研究员。2021年7月起在中国科学技术大学任职。主要研究课题包括：重费米子材料等强关联电子体系在强磁场下的演生效应；非常规超导态的输运性质及磁性质；通过外加压力和磁场等手段实现对拓扑材料中拓扑序的调控。2011年至今共发表SCI论文50余篇，其中第一作者和通讯作者论文8篇，包括Science，Nature Physics各1篇，Physical Review X和Physical Review Letters各2篇；总引用数2500余次。担任Nature, Physical Review Letters, Nano Letters等期刊审稿人。

相关产品