重费米子材料是一类奇异的材料，它们在低温下的低能准粒子具有极大的有效质量，达到自由电子的一百甚至一千倍以上。作为强关联电子系统的典型代表，重费米子材料表现出丰富的电子态，比如非费米液体、量子临界、非常规超导、量子自旋液体、向列序等，几乎囊括了强关联电子效应中所有已知的奇异物理现象，对其进行的研究也成为强关联电子效应研究的一个缩影。目前关于重费米子材料中这些物理性质的起源还存在分歧，拓展重费米子材料基础不仅可以验证已有的理论模型，还能够指导其进一步发展。

最近，强磁场中心罗永康教授团队与杭州师范大学的李玉科教授合作，合成并制备了两种新的重费米子材料CeRu₂As₂和CeIr₂As₂。这两种材料属于Ce-122家族，但它们具有不同的晶体结构，如图1所示。CeRu₂As₂是ThCr₂Si₂型结构，具有空间群I4/mmm (No.139)；而CeIr₂As₂则是CaBe₂Ge₂型结构，具有空间群P4/nmm (No.129)。进一步的物理性质研究表明，CeRu₂As₂是4f电子局域的反铁磁体，具有奈尔温度4.3 K以及中等的电子比热系数35 mJ/mol·K²；而CeIr₂As₂则表现为典型的近藤格子行为，无长程磁有序，并具有显著增强的电子比热系数300 mJ/mol·K²。比热数据分析也给出了两个材料的近藤温度分别为6 K和30 K。

图1  CeRu₂As₂和CeIr₂As₂的晶体结构。

进一步通过高磁场下定向的多晶粉末的磁各向异性研究，推测CeRu₂As₂可能具有易磁化轴，并且Ce³⁺的磁矩呈现伊辛（Ising）模型的反铁磁序，如图2所示。这些物理性质的研究使得我们可以将它们分别归类为具有较小近藤效应的具有磁有序区间和具有中等强度近藤效应的量子临界区间。通过分析其化学结构对物理性质的影响，由于CeIr₂As₂中存在层间Ir-As的偶合，它的近藤屏蔽效应更加显著，从而极大地增强了电子关联效应。本项工作为重费米子材料研究提供了两个新的材料，后续研究将围绕单晶的生长和物性测量展开。

图2  CeRu₂As₂多晶粉末在高磁场下定向后的磁各向异性。

该研究成果以“Synthesis and physical properties of CeRu₂As₂and CeIr₂As₂”为题发表在Phys. Rev. B 100, 205121 (2019)。罗永康教授与杭州师范大学李玉科教授为论文通讯作者，中心研究生程康桥为第一作者，研究生何晓波、周斌杰以及杭州师范大学研究生杨海洋参与相关工作。

论文链接：https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.100.205121