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项目名称:重费米子体系中的非常规量子相变研究

项目第一完成单位:浙江大学关联物质研究中心/物理系 项目负责人:袁辉球

项目简介

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相变是自然界中普遍存在的一个物理过程,是物质中有序与无序两种倾向相互竞争的结果。例如,冰融化成水,铁、镍、钴等金属材料中的铁磁与顺磁转变均为典型的相变过程。经典的热力学相变具有普适性,可由序参量的涨落来进行描述。

当一个体系冷却到热力学极限时(约零下273.15度),通常的热力学涨落会被冻结,量子效应将主导其物理性质。在一些复杂的关联电子材料中,人们可以通过压力、磁场或者掺杂等外界参量来调节体系中的电子相互作用,从而连续地抑制这些体系中的热力学相变。当外加调控参量达到某一临界阈值时,体系可在绝对零度经历有序-无序转变,即量子相变。量子临界点就像自然界中的黑洞一样,决定了体系在临界区域很大范围内的奇异物理性质。

重费米子体系是一类典型的强关联电子体系,主要存在于一些含有镧系和锕系元素的金属间化合物,其电子有效质量可高达自由电子的上千倍,重费米子因此而得名。通过强磁场和压力等综合极端条件下的多种物性测量,我们系统地研究了准二维重费米子金属CeTIn5(T=Rh, Ir)中的多重量子相变及其与超导的关系。利用世界上最强的脉冲和稳态磁体,我们发现磁场可以连续地抑制CeRhIn5中的反铁磁序,在很高的磁场下(约50特斯拉)出现反铁磁量子临界点。在反铁磁态内,强磁场还诱导了费米面重构,从“小”费米面变成“大”费米面。这些发现不同于压力诱导的反铁磁量子临界。我们的研究首次表明,在不同的外界参量调控下,同一重费米子材料中存在不同类型的量子相变,不能由经典的序参量涨落来进行普适描述,但可以通过费米面的变化来进行标征。同时,我们还发现超导可以出现在不同类型的量子临界点附近。在Cd掺杂的CeIrIn5研究中,我们发现Cd掺杂对超导相几乎没有影响,但抑制了量子临界点的量子涨落,我们提出了自旋液滴模型来解释这一现象。而当系统偏离量子临界点的平衡态时,我们从理论上创新地提出等效温度的概念。

2015年,美国科学院院刊(PNAS)和物理评论快报(Phys. Rev. Lett.,2篇)等著名期刊相继发表了我们的系列研究成果。部分结果还以研究亮点的形式入选美国国家强磁场实验室的年度报告,代表当年最重要的强磁场研究成果。这些发现为建立量子相变理论、揭示非常规超导机理提供了关键的实验证据。目前,国际上的几个主要强磁场实验室都在进行跟踪研究,剑桥大学等多个研究小组也在开展相关的理论研究。我们的发现立即引起了一些重要期刊的关注,物理类著名综述期刊Reports on Progress in Physics随即邀请我们撰写综述论文一篇,系统介绍这些研究成果。

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项目团队

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该项目依托浙江大学关联物质研究中心(http://ccm.zju.edu.cn),项目负责人为袁辉球系教授,主要成员包括路欣特聘研究员和Stefan Kirchner教授以及美、德等国的海外合作者。关联物质研究中心成立于2012年,中心主任为重费米子超导的发现者Frank Steglich教授。中心已组建了一支国际化的高层次研究团队(包括5名全职PI),正成为国内外重费米子研究的一个重要基地,在材料制备、物性测量以及理论分析等方面已形成了完整的研究体系。研究内容和实验手段在国内具有鲜明的特色和优势。

袁辉球教授为物理系长江学者特聘教授,在非常规超导和量子相变方面取得了一批原创性研究成果,在Nature(2篇),Science(1篇),PNAS(1篇)和Phys. Rev. Lett.(7篇)等期刊上发表论文70余篇,被引用2100余次,5篇论文被ESI选为“高被引论文”。部分研究成果已入选国外的物理教科书,研究工作曾多次在国内外新闻媒体和学术期刊上进行报道/介绍。

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  • 评论人:张凯达 评论时间:2016-04-19
    13
    评论内容:科技前沿,值得关注
  • 评论人:郭春煜 评论时间:2016-04-15
    13
    评论内容:非常好!
  • 评论人:匿名 评论时间:2016-04-14
    13
    评论内容:赞
  • 评论人:匿名 评论时间:2016-04-13
    14
    评论内容:基础物理创新往往最难,支持!
  • 评论人:刘小强 评论时间:2016-04-13
    14
    评论内容:量子相变,好高深的工作。
  • 评论人:祝栋柯 评论时间:2016-04-13
    14
    评论内容:这才是科学研究
  • 评论人:颜波 评论时间:2016-04-13
    14
    评论内容:基础研究,赞一个。
  • 评论人:匿名 评论时间:2016-04-13
    14
    评论内容:赞!
  • 评论人:匿名 评论时间:2016-04-13
    14
    评论内容:赞
  • 评论人:匿名 评论时间:2016-04-13
    14
    评论内容:点赞👍
  • 评论人:匿名 评论时间:2016-04-13
    14
    评论内容:好!
  • 评论人:匿名 评论时间:2016-04-12
    13
    评论内容:赞一个
  • 评论人:成文俊 评论时间:2016-04-12
    13
    评论内容:赞!
  • 评论人:匿名 评论时间:2016-04-12
    16
    评论内容:物理界最前沿项目的研究,赞!
  • 评论人:阮永红 评论时间:2016-04-12
    16
    评论内容:物理界最前沿的研究项目,研究成果国际领先,值得称赞!
  • 评论人:匿名 评论时间:2016-04-12
    13
    评论内容:赞
  • 评论人:匿名 评论时间:2016-04-12
    14
    评论内容:赞
  • 评论人:匿名 评论时间:2016-04-12
    13
    评论内容:好!
  • 评论人:厉位阳 评论时间:2016-04-12
    19
    评论内容:理论与实验的结合,研究客观本质,展示求是风范! 祝愿取得更大成绩!
  • 评论人:匿名 评论时间:2016-04-12
    13
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