摘要：2024年11月26日，Adv. Mater.在线发表了圣路易斯华盛顿大学Sheng Ran、霍华德大学Sugata Chowdhury、劳伦斯伯克利国家实验室Jonathan D. Denlinger、哈佛大学Jennifer E. Hoffman和Su-Y

2024年11月26日，Adv. Mater.在线发表了圣路易斯华盛顿大学Sheng Ran、霍华德大学Sugata Chowdhury、劳伦斯伯克利国家实验室Jonathan D. Denlinger、哈佛大学Jennifer E. Hoffman和Su-Yang Xu课题组的研究论文，题目为《UOTe: Kondo-Interacting Topological Antiferromagnet in a Van der Waals Lattice》。

自从最初发现二维范德华材料以来，人们已经做出了巨大的努力，将磁性、能带结构拓扑和强电子关联的三种性质结合起来，以利用新兴量子现象并扩大其潜在的应用。然而，发现一种本质上包含所有三种成分的单一范德华材料仍然是一个突出的挑战。

在此研究中，作者报道了在范德华5f电子体系UOTe中发现的近藤相互作用拓扑反铁磁体。它具有150 K的高反铁磁（AFM）转变温度，独特的AFM结构可以在偶数层中打破宇称和时间反演（PT）对称性，同时保持零净磁矩。角分辨光电子能谱（ARPES）测量显示了费米能级附近的狄拉克带，结合理论计算证明了UOTe是AFM狄拉克半金属。在AFM序内，观察到近藤相互作用的存在，在100 K以下的费米能级附近出现了5f平带，近藤带和狄拉克带之间出现了杂化。其双层形式的密度泛函理论（DFT）计算预测UOTe是一个罕见的完全补偿AFM Chern绝缘体的例子。

图1 | (a) UOTe集成了电子关联性、能带结构拓扑和磁性；(b) UOTe晶体结构的截面图；(c) UOTe晶体结构和单晶UOTe体相和薄片样品的俯视图；(d) UOTe的原子分辨横截面高角度环形暗场STEM图像；(e) 叠加原子的放大STEM图像。

图2 | (a) 沿c轴和ab平面1000 Oe磁场磁化的温度依赖性；(b) 比热的温度依赖性；(c) 体相样品的面内电阻率ρxx的温度依赖性；(d) 在T=5 K至200 K下测量Q=(1, 0, L)附近的中子衍射摇摆曲线；(e) T=5 K至200 K下测得Q=(H, 0, 1.5)附近的中子散射强度；(f) Q=(1, 0, 0.5)磁峰的温度依赖性；(g) k=(0, 0, 0.5)的磁性结构；(h) 单层UOTe的PT对称性操作；(i) 双层构型的PT操作打破了PT对称性。

图3 | (a) 在费米能级上放大后的电子轨道简化示意图；(b) 宽价带色散的ARPES；(c) 归一化正发射90 eV价带图像；(d) 在35 eV下测量费米边缘和不同结合能的ARPES图；(e) 采用U=4 eV沿布里渊区高对称路径上体相UOTe的电子结构。

图4 | (a) 近藤杂化在导带和U 5f电子之间跳跃的简化示意图；(b-c) 将10 K下拍摄的非共振90 eV和共振98 eV价带图像与角积分光谱进行比较；(d) 在10 K和180 K下的近费米能级共振角积分光谱显示，在−0.2 eV有一个额外的U 5f峰，在高温下强度减弱；(e-f) 在10 K和180 K下的正发射价带光谱；(g) f电子平带与类狄拉克导带共存示意图；(h) 10 K时沿能量方向的二阶导数。

论文链接：

Broyles, C., Mardanya, S., Liu, M. et al. UOTe: Kondo-Interacting Topological Antiferromagnet in a Van der Waals Lattice. Adv. Mater., 2024, 2414966. https://doi.org/10.1002/adma.202414966

--科研任我行

来源：Future远见