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什么是重费米子材料?

重费米子,这里的费米子指的是电子,重费米子体系就是指电子有效质量比较大的体系。一般在实验测量中可以通过测量比热得出电子的有效质量:根据自由电子理论,金属在低温下的电子比热系数γ可以反映电子有效质量的大小,公式是

γ= m*kFkB2/3 2

其中kF是费米波矢,kB是玻尔兹曼常量。


可以看出,对于电子有效质量比较大的体系,γ也会比较大。一般金属的γ值在1 mJ/K2·mol,重费米子体系的γ值可以达到几百,比普通金属高出2~3个数量级。比如第一个发现的重费米子金属CeAl3,它的γ值高达1600 mJ/K2·mol。


人们习惯上将γ值在400 mJ/K2·mol以上的称为重费米子体系,但这并不是一个很严格的界限。有些材料的γ值低于400 mJ/K2·mol,但也具有重费米子体系的特征。归根结底,重费米子是来源于电子之间的强相互作用。

重费米子体系的一个简单相图

哪些材料是重费米子体系呢?目前为止,满足上面提到的重费米子标准的体系有八个,它们分别是超导体CeCu2Si2,Ube13,UPt3;反铁磁体U2Zn17,UCd11, NpBe13;以及费米液体CeAl3,CeCu6。这些材料有一个共同点是它们都包含未填满的f层电子(稀土元素或锕系元素),比较典型的就是Ce和U。

镧系元素(上)和锕系元素(下)

可以看出,大家虽然都属于重费米子体系,都具有电子之间的强关联作用,但是各个材料的性质却不尽相同,用专业一点的话来说,就是它们的基态各不相同:有超导体,有铁磁态,也有顺磁态等等。


关于重费米子材料有很多有意思的性质,也有很多值得研究的方向。但是小编看到铀元素已经望而却步了啊,因为铀具有放射性啊!珍爱生命,远离放射性元素。。。

谢谢邀请!不过实在没能力回答这个问题。这段时间经常有人邀请我回答,有的题目没去回答,不是不喜欢题目,而是实在没能力去回答。如果是我会的题目,我会第一间去答题。希望有这种题目不要再邀请我回答了,不过还是感谢友友们对我的技持和关住。

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