在凝聚态物理中，维度调控是改变电子结构、寻找新奇量子态的一种重要手段。在强关联电子体系中，因为多电子和多自由度的强烈耦合，电子关联效应和量子涨落显著依赖于电子维度。这一点在铜基、铁基等强关联体系中研究得比较多，但是对于经典的重费米子体系，这方面的研究还很少：特别是当把重费米子体系从三维降到二维时，其有效质量远大于自由电子的重电子态如何演化仍然缺乏清晰的图像。这里的困难主要源于重费米子材料通常比较三维，很难通过简单的方法（比如机械剥离）得到很薄的二维原子层，同时这类体系不容易生长出高质量的超薄膜样品。因此，如何得到高质量的薄膜样品，并结合原位电子能谱测量，成为研究重费米子态维度调控的关键。
最近浙江大学物理学院关联物质中心和物理高等研究院，联合上海光机所、浙江工业大学、上海光源、德国波恩大学等，在重费米子态的维度调控方面取得了重要突破。研究团队利用多年积累的分子束外延(MBE)薄膜生长与原位角分辨光电子能谱(ARPES)测量技术，并结合低温物性测量，成功地揭示了经典重费米子化合物 CeSi2 的重电子态随维度演化的规律。他们利用MBE方法成功制备了高质量的、不同厚度的CeSi2薄膜样品(图1.a为其原子分辨的TEM图)。原位ARPES测量结果显示在三维厚膜样品中费米能级处存在明显的重电子态（即具有动量色散的近藤共振峰），以及源自晶体场激发的卫星峰：这些正是重费米子体系的典型特征。而在二维超薄膜样品中，晶体场卫星峰受到了显著抑制，但在费米能量的基态近藤峰受到的影响明显要弱一些(图1.b为随厚度演化的能量分布曲线)。细致的变温ARPES实验证明基态近藤峰的形成温度从三维到二维有明显下降。
从谱学上看到的电子态变化对薄膜的宏观物理性质产生了直接的影响。研究团队对这些CeSi2薄膜以及LaSi2参考薄膜进行了输运测量，并得到了磁电阻ρm(T)= ρCeSi2(T)- ρLaSi2(T)。测量结果显示磁电阻 ρm(T) 达到峰值的温度 Tmax，从厚膜样品中的100 K 显著降低至超薄膜样品中的35 K (图1.c显示了磁电阻ρm(T)随厚度的演化)。这一现象可归因于维度效应导致的近藤效应减弱，特别是在中间温区晶体场激发的抑制引起了有效近藤温度的降低。这个结论与ARPES能谱测量结果非常一致，说明了晶体场激发的改变对于重电子态从三维到二维的演变至关重要，如图1.d所示。
这一结果为理解量子限域效应对重费米子体系的影响提供了直接的实验证据，同时也为探索二维重费米子材料中的新奇物理现象开启了新的机遇。相关成果于2026年3月10日发表于《Physical Review X》: Phys. Rev. X 16, 011053(2026)。
图1： (a) CeSi2薄膜的原子分辨TEM图像; (b,c) 不同厚度CeSi2样品的ARPES能量分布曲线(b)和磁电阻曲线(c)；(d) 从三维到二维，CeSi2中重电子态随温度的演化。晶体场激发的减弱引起了重电子态三维到二维不同的演化。
浙江大学物理学院已毕业博士生吴毅（现为康奈尔大学博士后）、在读博士生朱伟凡和华腾，上海光机所方圆博士为论文共同第一作者。浙江大学物理学院刘洋教授、袁辉球教授、浙江工业大学孙土来教授为论文的共同通讯作者。物理学院林海青教授和Frank Steglich教授给本工作提供了指导，其他合作者包括物理学院曹超教授、Michael Smidman教授、德国波恩大学Johann Kroha教授、上海光源刘正太和叶茂研究员等。本研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、新基石科学基金会、浙江省自然科学基金等项目的支持。
文章链接: https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/fyjf-rwdq
