摘要
近藤晶格——局部磁矩通过自旋交换相互作用耦合到流动的传导电子的矩阵——是强相关量子物质的原型1，2，3.，4．近藤晶格通常是在含有镧系或锕系元素的金属间化合物中实现的1，2．这些块状材料中电子密度和交换相互作用的复杂电子结构和有限的可调谐性给近藤晶格物理的研究带来了相当大的挑战。在这里，我们报道了一个合成的近藤晶格在ab堆叠MoTe的实现2/ WSe2moiré双分子层，其中MoTe2层调优到Mott绝缘状态，支持三角moiré晶格的局部矩，和WSe2层中掺杂流动导电载流子。我们观察到重费米子在近藤温度以下具有较大的费米表面。我们还观察到外部磁场对重费米子的破坏，费米表面尺寸和准粒子质量突然下降。我们进一步通过流动载流子密度或Kondo相互作用证明了广泛和连续的门可调的Kondo温度。我们的研究开启了在基于半导体moiré材料的单个器件中，原位访问具有奇异量子临界的近藤晶格相图的可能性2，3.，4，5，6，7，8，9．
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确认
我们感谢L. Fu、D. Guerci、A. Millis、A. Georges、A. Rubio、S. Todadri、A. Kumar、A. Potter、D. Chowdhury和Y. Zhang的讨论。这项工作得到了空军科学研究办公室的支持，奖励号为FA9550-19-1-0390(运输测量)，国家科学基金会(加速实现、分析和发现界面材料平台)，合作协议编号为DMR-2039380(样品和器件制造)和DMR-2004451(光学测量)，美国能源部科学办公室，基础能源科学，奖励号为DE-SC0019481(分析)。这项工作也得到了戈登和贝蒂摩尔基金会的部分资助。hBN晶体的生长得到了日本MEXT和JST CREST (JPMJCR15F3)的元素战略计划的支持。我们使用了由NSF MRSEC项目(DMR-1719875)支持的康奈尔材料研究中心共享设施，以及由NSF拨款NNCI-2025233支持的NNCI成员康奈尔纳米尺度设施。我们也感谢来自David and Lucille Packard Fellowship (K.F.M.)和Kavli博士后奖学金(w.z)的支持。
作者信息
作者及隶属关系
贡献
wz和B.S.制造了这些装置。W.Z.和B.S.在Z.H.的帮助下进行了电输运测量并分析了数据;k.k.， Z.T.和W.Z.进行了光学测量;K.W.和T.T.生长了大块的hBN晶体;W.Z, K.F.M.和J.S.设计了科学目标并监督了这个项目。所有作者讨论了结果并对手稿进行了评论。
相应的作者
道德声明
相互竞争的利益
作者声明没有利益竞争。
同行评审
同行评审信息
自然感谢鲍丽红和其他匿名审稿人对本工作的同行评议所作的贡献。同行评审报告是可用的。
额外的信息
出版商的注意施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。
扩展的数据图形和表格
扩展数据图1示意图静电相位图。
(ν，E)由MoTe中不同填充物定义区域的相图2和WSe2．近藤晶格物理在区域II (ν莫= 1和νW=x）;第三区(ν莫= 2和νW＝x)提供了一个对照实验。除了正文中讨论的区域I、II和III之外，我们还可以用νW= 0和0 <ν莫< 2，其中WSe2是电荷中性，只有MoTe2为空穴掺杂，以及两个TMD层之间共享空穴的区域(νW> 0和0 <ν莫< 1和νW> 0和1 <ν莫< 2)。
扩展数据图2填充因子与电场的关系Rxx在不同的磁场中。
A b c，依赖Rxx关于总填充系数ν还有面外电场E在T= 1.6 K和B= 6 t (一个)， 9 t (bgydF4y2Ba)及11 T (c)．虚线标记区域II和区域III的相位边界。区域II不能在B= 6 T，没有朗道水平。区域II (III)的电场跨度随着增大而增大(缩小)B．
图3激子反射对比的填充因子和电场依赖性。
a、b， WSe层内激子共振的反射对比度(RC)2（一个)及MoTe2（bgydF4y2Ba)为填充因子和电场的函数B= 0 T和T= 1.6 k。峰值RC和光谱集成RC(激子共振以上)显示在一个而且bgydF4y2Ba,分别。c， WSe附近RC谱的填充因子依赖性2激子共振E= 0.6 V/nm。中性激子共振明显减弱，伴随费米极化子共振的出现ν> 1表示WSe2层是空穴掺杂上面ν= 1。在不同电场下的重复测量构建了完整的地图一个．掺入后激子RC的急剧下降有助于构造黑色虚线一个，以上为WSe2hole-doped。d，e，底部栅极电压(Vbg)对MoTe附近RC谱的依赖性2顶栅电压激子共振Vtg=−3 v (d),Vtg=−4.6 v (e)．而孔只是掺杂到MoTe中2层d时，两个TMD层之间共用孔e．类似于WSe2时，中性激子共振(1.14 eV附近)明显减弱2是否掺杂了空穴(例如，在附近Vbg= 3v ind)．在绝缘状态下，带电激子共振增强ν= 1和2(例如，绿色虚线在d)．附近还观察到多个moiré激子共振ν= 1。在中也观察到类似的结果e除了现在的WSe2层也变成了空穴掺杂。因此，有一个延长的跨度Vbg(由绿色虚线所束缚，并由箭头所指示)，MoTe2层保持绝缘状态(莫特绝缘子为ν= 1 +x和moiré带绝缘子为ν= 2 +x)．重复测量d而且e以不同的Vtg构造完整的映射bgydF4y2Ba．由绿色虚线组成的扩展区域e和黑色虚线一起一个帮助识别区域II和区域IIIbgydF4y2Ba．
扩展数据图4 WSe的测定2量子振荡的洞质量。
一个，b, c，量子振荡振幅的温度依赖性ΔRxx作为函数νW在B区域I = 13.6 T (一个)， ii (bgydF4y2Ba)， iii (c)．的填充因子依赖性Rxx在T= 10 K，其中不存在量子振荡，作为背景，得到ΔRxx．插图显示了|Δ的拟合Rxx|与T来\({\δR} _ {{\ rm {xx}}} = {R} _ {{\ rm{一}}}\压裂{\λ(T)} {{\ rm {\ sinh}} \λ(T)} \)为了得到质量米W．在这里R一个振幅和热因子是多少左(T \λ(\ \ \右)= 2{\π}^ {2}{k} _ {{\ rm {B}}} T {m} _ {{\ rm {W}}} / \百巴{eB} \)（kB为玻尔兹曼常数)。
扩展数据图5近藤单线态磁破坏的附加数据。
一个的磁场依赖关系Rxx在T区域II(实心曲线)和区域III(虚线曲线)= 1.6 K。在区域III中观察到一个小的磁电阻(除了在高场下的量子振荡)，在区域II中观察到一个大的二次磁电阻，在近6 T的磁破坏之前。Rxx这两个区域在磁破坏后具有可比性。bgydF4y2Ba的磁场依赖关系Rxx在区域II的不同温度下。其温度依赖性与图中所示相对应。3 f为RH．
图6区域Kohler标度图
磁电阻(MR)作为缩放磁场的函数(由零场Rxx≡RB= 0)ν= 1 + 0.3和不同的温度。所有曲线都向趋势方向坍缩\({他}\ propto{\离开(\压裂{B} {{R} _ {B = 0}} \右)}^ {2}\)如黑色虚线所示。数据进一步证实了费米液体在区域II的行为。
扩展数据图7Rxx在区域II的不同电场下。
实线在低温条件下最符合二次温度依赖关系。电阻峰值/凸点决定近藤温度T＊．
扩展数据图8设备2中可重复的结果。
一个，依赖Rxx在ν而且E在B= 13.5 T和T= 1.6 k。红色虚线标记区域II和区域III的边界。b, c，温度依赖性Rxx在不同掺杂密度下ν= 1 +x（bgydF4y2Ba),ν= 2 +x（c)．实线在低温条件下最符合二次温度依赖关系。d，e的磁场依赖关系RH（d),Rxx（e)T= 1.6 Kν= 1 +x(实体曲线)和ν= 2 +x(虚线)。的急剧变化RH在临界时，磁场仅为ν= 1 +x；,在ν= 2 +x几乎是场无关的。
扩展数据图9电荷转移间隙的测定
的依赖关系Rxx关于总填充系数ν还有面外电场E在B= 0和T= 1.6 k。绿色虚线圈标记了量子反常霍尔(QAH)绝缘体的区域。带反转的临界电场ν= 1由红色虚线标记E= 0.653 V/nm。黑色虚线表示电场(E= 0.645 V/nm)。3.拍摄。电荷转移间隙由层间偶极矩与电场差∆的乘积给出E．
扩展数据图10 | .温度依赖性博士xx/dT|在不同WSe2填充系数x．
数据提取首先平滑的实验温度依赖性Rxx在求数值导数之前。温度T＊是由|的第一个最小值决定的博士xx/dT|(箭头标识)。
补充信息
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赵，W，沈，B，陶，Z。et al。moiré近藤晶格中的门可调谐重费米子。自然(2023)。https://doi.org/10.1038/s41586-023-05800-7
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