北京大学/北京理工大学Phys. Rev. Lett.: 菱方石墨烯超晶格中近藤效应的观测

2026年10月19日，Phys. Rev. Lett.在线发表了北京大学廖志敏教授、北京理工大学蒋伟副教授和李彩珍研究员课题组的研究论文，题目为《Observation of Kondo Effect in Rhombohedral Graphene Superlattices》，论文的第一作者为Xin Liao、Qing Yin、Huiwen Wang和Jing-Wei Dong。

强关联系统中的近藤效应（Kondo effect）源于巡游传导电子与局域磁矩之间的反铁磁耦合，从而产生各种奇异的量子现象。二维莫尔超晶格系统提供了一个高度可调的平台，具有拓扑平带，其中瓦尼尔轨道被周期性莫尔势在空间上限制，并作为局域磁矩，从而使可观测的近藤效应成为可能。

在此研究中，作者通过磁输运和温度相关测量，在六层菱方石墨烯莫尔超晶格中实验证明了近藤相互作用。随着磁场增加，磁阻在临界磁场B_c处表现出先增后减的转变，而霍尔电阻R_xy在B_c附近发生符号反转。此外，随着温度降低，纵向电阻R_xx首先呈对数增加，然后遵循T²行为下降，表明向重费米液体的转变。这些行为可以由磁场或温度诱导的近藤单态破坏来一致地解释，这释放了先前束缚在局域磁矩上的载流子，从而增强了电导率并改变了主导载流子类型。此外，研究结果表明，近藤相互作用可以通过载流子密度n和位移电场D连续调节，并暗示了近藤绝缘态的出现。这项研究发现为莫尔工程平带系统中的近藤效应提供了深刻见解，为探索奇异的关联量子相铺平了道路。

图1. (a) 双栅极Rgr/hBN莫尔超晶格器件的示意图。(b) 左图：形成六角晶格的局域磁矩示意图，周围环绕着巡游电子。右图：经过近藤屏蔽后，局域磁矩与巡游电子耦合，形成近藤晶格。(c) 在B = 0 T时，纵向电阻R_xx随n和D变化的映射图。(d-e) 在莫尔远端测量的代表性磁滞回线和霍尔电阻R_xy的朗道扇形图。(f-g) 在莫尔近端进行的与(d-e)相同的测量。

图2. (a-b) 在D = -0.4275 V/nm和T = 30 mK时，对称化R_xx和反对称化R_xy随ν和B变化的映射图。(c-d) 分别从图(a)和(b)中提取的代表性填充因子下R_xx和R_xy随B变化的线切。 (e) 在B = 0时，不同填充因子下R_xx的温度依赖性。(f) 提取的B_c和系数A随ν的变化。

图3. (a-b) 在ν = 2.07和T = 250 mK时，对称化R_xx和反对称化R_xy随D和B变化的映射图。(c-d) 霍尔系数R_H和霍尔载流子密度n_H随B的变化，从图(b)中选定D处的线切提取。

图4. (a-b) 在ν = 2.07和D = -0.4275 V/nm时，不同温度下对称化R_xx和反对称化R_xy随B的变化。(c) 从图(b)中提取的B = 0.1 T和0.6 T时的R_xy随T的变化。(d) 从图(a)中提取的B = 0时的R_xx随T的变化。

论文链接

Liao, X., Yin, Q., Wang, H. et al. Observation of Kondo Effect in Rhombohedral Graphene Superlattices. Phys. Rev. Lett., 2026, 137, 176501. https://doi.org/10.1103/vc5l-ts6m

投稿日期：2025年11月04日

接收日期：2026年09月24日