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Department of Physics & Astronomy

[김민수 학생, 경원식 박사, 김창영 교수] 4d 루티늄 산화물에서 콘도 현상의 관측 (npj Quantum Materials 논문 게재)

2022-06-13l 조회수 306

 “Signature of Kondo hybridisation with an orbital-selective Mott phase in 4d Ca2-xSrxRuO4

콘도 결합(Kondo-hybridisation)은 local한 자기 모멘트를 필요로 해서, 일반적으로 란타나이드나 액티나이드와 같이 f 전자를 밸런스 전자로 가지는 물질에서 관측되고 있다. 하지만, 최근 f 보다 덜 localized되 3d 궤도 물질에서도 관측되고 있다. 하지만, 3d 보다도 덜 localized된 4d/5d에서는 지금까지 콘도 현상에 대한 직접적인 증거는 관측되지 않았다. 이번 연구에서는 궤도에 따라서 local 및 itinerant 전자를 모두 가지는 orbital selective Mott phase (OSMP) 물질 Ca2-xSrxRuO4에 대하여 각도분해 광전자분광법(ARPES)으로 전자 구조를 측정 하였다. 다양한 온도 및 도핑(x)에서 얻어진 전자구조 데이터가 보여주는 다음과 같은 현상은 Ca2-xSrxRuO4의 orbital selective Mott phase에서 콘도 결합이 존재한다는 것을 보여주고 있다. 먼저, γ-밴드에서 spectral weight이 transfer가 되는 현상을 관측함으로서, OSMP가 존재함을 확실히 보여 주었다. 또한, 특정 온도 이하에서 β-밴드가 약해지는 현상이 관측되었는데, 이는 localized γ-밴드의 전자와 itinerant β-밴드의 전자가 콘도 결합을 하고 있다는 강력한 증거이다. 이번 연구의 결과는 콘도 결합이 local & itinerant 전자가 존재하는 다양한 물질에서 구현될 수 있음을 보여주고 있다.

 The heavy fermion state with Kondo-hybridisation (KH), usually manifested in f-electron systems with lanthanide or actinide elements, was recently discovered in several 3d transition metal compounds without f-electrons. However, KH has not yet been observed in 4d/5d transition metal compounds, since more extended 4d/5d orbitals do not usually form flat bands that supply localised electrons appropriate for Kondo pairing. Here, we report a substitution- and temperature-dependent angle-resolved photoemission study on 4d Ca2−xSrxRuO4, which shows the signature of KH. We observed a spectral weight transfer in the γ-band, reminiscent of an orbital-selective Mott phase (OSMP). The Mott localised γ-band induces the KH with an itinerant β-band, resulting in spectral weight suppression around the Fermi level. Our work demonstrates the evolution of the OSMP with possible KH among 4d electrons, and thereby expands the material boundary of Kondo physics to 4d multi-orbital systems.

 Authors: Minsoo Kim, Junyoung Kwon, Choong H. Kim, Younsik Kim, Daun Chung, Hanyoung Ryu, Jongkeun Jung, Beom Seo Kim, Dongjoon Song, Jonathan D. Denlinger, Moonsup Han, Yoshiyuki Yoshida, Takashi Mizokawa, Wonshik Kyung* and Changyoung Kim*

 

Publication date: 8 June 2022

Link: https://doi.org/10.1038/s41535-022-00471-5