CeRh6Ge4：壓力-溫度相圖。科研團(tuán)隊(duì)提供 

　　近日，浙江大學(xué)教授袁輝球團(tuán)隊(duì)等首次在純凈的重費(fèi)米子化合物中發(fā)現(xiàn)鐵磁量子臨界點(diǎn)，并觀察到奇異金屬行為。這一發(fā)現(xiàn)打破了人們普遍認(rèn)為鐵磁量子臨界點(diǎn)不存在的傳統(tǒng)觀念，并將奇異金屬行為拓展到鐵磁量子臨界材料中。相關(guān)成果3月5日在線發(fā)表于《自然》。

　　袁輝球表示，此項(xiàng)工作不僅為量子相變研究開(kāi)辟了一個(gè)新的方向，并且將銅基高溫超導(dǎo)和反鐵磁重費(fèi)米子材料中觀察到的奇異金屬行為延伸到了鐵磁體系。由于超導(dǎo)與量子相變常常有著非常緊密的關(guān)系，鐵磁量子臨界點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)也可以促進(jìn)相關(guān)超導(dǎo)的研究。

　　“重費(fèi)米子體系有豐富的物理內(nèi)涵，表現(xiàn)出奇特的量子現(xiàn)象，是研究衍生量子態(tài)和量子相變的理想材料體系。重費(fèi)米子研究對(duì)材料和實(shí)驗(yàn)條件要求苛刻，但也會(huì)不時(shí)給學(xué)界帶來(lái)驚喜。”袁輝球表示。

　　物質(zhì)的狀態(tài)可以從一種相轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N相，這個(gè)過(guò)程稱為相變。磁性量子相變是研究最為廣泛的一類量子相變。鐵磁體與反鐵磁體是研究得最多的磁性材料。隨著溫度升高，磁性材料通常會(huì)在某一溫度發(fā)生磁性相變，導(dǎo)致材料失去磁性。人們發(fā)現(xiàn)，反鐵磁量子臨界點(diǎn)廣泛存在于重費(fèi)米子體系、鐵基超導(dǎo)體以及有機(jī)超導(dǎo)體等強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系中。在磁場(chǎng)、壓力或摻雜等參量的調(diào)控下，這些材料中的反鐵磁轉(zhuǎn)變溫度可以被逐漸抑制到絕對(duì)零度，并且在反鐵磁臨界點(diǎn)附近出現(xiàn)超導(dǎo)和奇異金屬行為。人們對(duì)于鐵磁材料是否存在量子臨界點(diǎn)持有同樣的好奇，但尚未找到其存在的確鑿證據(jù)。

　　袁輝球團(tuán)隊(duì)等在嘗試了多種材料體系后，終于在重費(fèi)米子材料CeRh6Ge4中取得重大突破。他們通過(guò)不斷優(yōu)化樣品制備條件，合成了高質(zhì)量的單晶樣品，再通過(guò)壓力的調(diào)控，發(fā)現(xiàn)該體系中存在鐵磁量子臨界點(diǎn)。

　　這是首次在一個(gè)純凈的鐵磁材料體系中發(fā)現(xiàn)量子臨界點(diǎn)存在的確鑿實(shí)驗(yàn)證據(jù)，并且觀察到了與高溫超導(dǎo)體相似的奇異金屬行為：當(dāng)溫度趨于絕對(duì)零度時(shí)，低溫電阻隨溫度線性變化，比熱系數(shù)隨溫度對(duì)數(shù)發(fā)散。這些發(fā)現(xiàn)為研究鐵磁量子相變、揭示長(zhǎng)期困惑人們的奇異金屬行為開(kāi)辟了新的方向。

　　相關(guān)論文信息：https://www.nature.com/articles/s41586-020-2052-z