铁基二维范德华磁体Fe5GeTe2中电荷密度波与近藤晶格的耦合机制研究

本研究通过扫描隧道显微技术（STM/STS）首次在二维铁磁体Fe5GeTe2中发现电荷密度波（CDW）与近藤晶格（Kondo lattice）的协同作用。研究人员揭示了√3×√3超结构调制与费米能级附近的Fano峰特征，证实了电荷有序与磁性关联的耦合机制，为d电子强关联体系中的低维磁性与量子调控提供了新视角。

　　

在凝聚态物理领域，二维磁性材料因其独特的量子限域效应和可调控的电子态成为研究热点。其中，铁基范德华（vdW）材料Fe₅GeTe₂（FGT）因具有室温铁磁性和强电子关联特性备受关注。然而，d电子重费米子体系中电荷有序与磁性序的关联机制长期悬而未决，尤其是电荷密度波（CDW）与近藤晶格的相互作用缺乏直接实验证据。这一问题的突破将推动对低维磁性材料中多体物理的理解，并为新型自旋电子器件设计提供理论基础。

中国台湾的研究团队在《Nature Communications》发表了题为"Direct evidence of coupling between charge density wave and Kondo lattice in ferromagnet Fe₅GeTe₂"的研究论文。该工作通过超高真空扫描隧道显微镜/谱（STM/STS）技术，结合理论计算，首次在原子尺度揭示了Fe₅GeTe₂中CDW与近藤晶格的耦合机制。研究团队采用单晶化学气相传输法制备样品，利用变温STM观测电子态演化，通过微分电导谱（dI/dV）分析Fano共振特征，并结合快速傅里叶变换（FFT）解析超结构调制。

STM topography of Fe₅GeTe₂ atomic structure
研究发现Fe₅GeTe₂表面存在UUU构型区域（Region I），其六方晶格中Fe(I)空位（Fe(I)_vac）的扩散行为证实了局域磁矩的动力学特性。原子分辨图像显示4.0 ?的Te原子间距，FFT分析未出现超结构斑点，为后续CDW研究提供了纯净平台。

dI/dV spectra and Kondo resonance
微分电导谱在费米能级附近观测到线宽随温度变化的窄峰，符合Fano共振模型拟合。通过单通道近藤杂质模型计算得到近藤温度T_K≈270 K，证实了材料中的近藤晶格行为。此外，-0.2 eV处的Lorentz峰对应Fe 3d电子态，与角分辨光电子能谱（ARPES）结果一致。

Kondo hole scenario
Fe(I)_vac位点显示q参数降低和整流比R波动，表明近藤相互作用主要源于Fe(I)原子局域磁矩。空位处近藤单态解耦暴露母体电子态，形成典型的近藤孔（Kondo hole）现象。

Emergence of charge density wave
FFT分析发现+0.04 eV能量下出现√3×√3R30°调制（Q_c），其"花瓣状"准粒子干涉图案与K点能带拓扑相关。能量依赖的相位反转（π相移）证实了CDW特征，这种调制源于导电电子态与近藤共振态的杂化。

Characteristics of CDW and the coherent Kondo lattice behavior
空间分辨的q参数和铁磁（FM）态振幅均呈现√3×√3周期性振荡。CDW通过电荷密度分布不均匀性调控近藤屏蔽强度，缓解了Fe(I)三角晶格中的自旋阻挫（spin frustration）。理论模型表明，电荷富集区增强近藤效应，削弱有效耦合常数J_eff，而电荷贫乏区保留反铁磁（AFM）有序。

该研究首次在实验上证实了Fe₅GeTe₂中CDW与近藤晶格的强关联性：CDW通过空间电荷调制影响近藤屏蔽强度，进而调控自旋相互作用；反之，近藤效应通过能带杂化稳定√3×√3超结构。这种协同作用不仅解决了三角晶格自旋阻挫的难题，还为二维磁性材料中的多体效应研究提供了新范式。Parry Pei-Rui Luo和Hung-Chang Hsu等研究者的工作将推动d电子强关联体系在自旋电子学和量子计算中的应用探索。