一維電子系統(tǒng)是典型的非費米液體系統(tǒng),不能用朗道的費米液體理論來描述,通常會表現(xiàn)出自旋電荷分離和冪律物理行為等奇異的現(xiàn)象。拉庭格液體(Luttinger liquid,簡寫為LL)概念可以描述一維費米子系統(tǒng),但它被認為與二維和三維量子材料中的諸多現(xiàn)象相關,包括銅氧化物高溫超導體的正常狀態(tài)、非常規(guī)金屬和量子臨界中的各種異常的物理行為,涉及量子材料中許多懸而未決的謎團。當不同方向的一維鏈在交叉排列時,可以實現(xiàn)二維的體系,此時系統(tǒng)仍然可能表現(xiàn)出LL液體行為,有助于為理解量子材料中的非費米液體行為提供了新的視角。
準二維η-Mo4O11晶體中存在沿三個不同方向的準一維原子鏈,有利于研究交叉一維電子結(jié)構(gòu)的LL液體行為。清華大學物理系楊樂仙副教授和上??萍即髮W陳宇林教授等利用包括合肥光源ARPES實驗站在內(nèi)的多個同步輻射實驗系統(tǒng)對η-Mo4O11中的LL液體行為開展了研究。研究發(fā)現(xiàn),η-Mo4O11的角分辨電子能譜與LL液體理論描述相一致。結(jié)合理論計算,該研究進一步揭示了不同原子鏈的軌道分量之間的正交性較弱,該體系自然地吻合交叉滑移LL液體理論模型。這種行為在高維晶體材料中首次被發(fā)現(xiàn),為理解關聯(lián)系統(tǒng)中的非費米液體行為提供了新的探索角度。相關研究成果以“Crossed Luttinger Liquid Hidden in a Quasi-two-dimensional Material”為題在線發(fā)表在知名學術(shù)期刊《自然·物理》上。

圖:η-Mo4O11的能帶結(jié)構(gòu)(a)費米面呈現(xiàn)沿不同方向的準一維電子態(tài),(b)不同費米面交叉的細節(jié),(c)沿高對稱方向的能帶色散。
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