重费米子材料是一类引人入胜的金属间化合物，其特征是电子的有效质量比自由电子大数百到数千倍。传统上，重费米子与f-电子系统相关，通常涉及稀土元素或锕系元素。这些材料表现出有趣的物理性质，如非常规超导性、量子临界性和增强的准粒子有效质量。然而，最近的研究范式转向了寻找d-电子重费米子材料，最近发表在《物理评论快报》的一篇论文，以Cr掺杂CsFe₂As₂为例，开启了不依赖稀土元素探索这些现象的新途径。
在f-电子系统中，重费米子形成的传统范式依赖于近藤效应。在这些材料中，局域化的f-电子（源于稀土或锕系离子的部分填充的f-壳层）与导带电子相互作用。这种相互作用，被称为近藤相互作用，导致了低温下局域化的f-电子和巡游导带电子之间的杂化。随着温度降低，近藤效应变得越来越占主导地位，导致了相干重费米子态的形成。这种状态的特征是准粒子能带具有显著增强的有效质量，从而在低温下导致比热中出现大的索末菲系数和类泡利的与温度无关的磁化率。
虽然f-电子系统已被广泛研究，但在基于d-电子的材料中实现重费米子行为却提出了巨大的挑战。与f-电子相比，过渡金属化合物中的d-电子通常更具有巡游性，局域性更差。d-电子系统中较弱的位点库仑相互作用和与配体的更强杂化，通常使得难以实现重费米子形成所需的强电子关联。此外，d-电子系统中的晶体场分裂会进一步使电子结构复杂化，通常导致复杂的磁有序，而不是顺磁性重费米子态。
尽管存在这些挑战，但对d-电子重费米子的探索仍然具有高度的动力。过渡金属化合物比稀土或锕系化合物更丰富且毒性更小，使其对潜在的技术应用更具吸引力。此外，在d-电子系统中探索重费米子物理学有可能揭示超越传统近藤效应的新机制，从而拓宽我们对强关联电子现象的理解。
Cr参杂的CsFe₂As₂CsFe₂As₂是Cr掺杂重费米子的母体化合物，是一种属于122族的铁基超导体。未掺杂的CsFe₂As₂表现出四方晶体结构，并在约2.6 K的温度下发生超导转变。CsFe₂As₂的电子结构的特征是源自Fe 3d轨道的多个费米面，这是铁基超导体的典型特征。虽然未掺杂的CsFe₂As₂是一种相对弱关联的金属，但它为通过化学掺杂或压力诱导强关联提供了一个有希望的平台。
已证明，将铬 (Cr) 引入CsFe₂As₂会显著改变其电子特性，从而导致重费米子行为的出现。Cr与Fe是等电子的，但具有稍小的离子半径和不同的电子构型。当Cr 取代CsFe₂As₂中的Fe时，它会引入无序和局部晶格畸变。更重要的是，人们认为它可以通过修改电子能带结构并可能增加费米能级处的态密度来增强电子关联。
实验验证和关键发现对Cr掺杂的CsFe₂As₂的实验研究为重费米子形成提供了令人信服的证据。比热测量表明，与未掺杂的化合物相比，Cr掺杂样品中的索末菲系数显著增强。索末菲系数与费米能级处的态密度和准粒子的有效质量成正比，发现随着Cr掺杂而显着增加，表明质量显着增强。
此外，Cr掺杂的CsFe₂As₂中磁化率的温度依赖性在低温下表现出类泡利行为，这是重费米子态的特征。电阻率测量也显示出残余电阻率的显着增加和与简单金属行为的偏差，这与重费米子系统中的强电子散射一致。这些实验观察强烈表明，Cr掺杂CsFe₂As₂成功地诱导了d-电子重费米子态。
结语总之，在Cr掺杂的CsFe₂As₂中发现重费米子行为代表了强关联电子系统领域向前迈出的重要一步。它表明，重费米子物理学并不局限于f-电子材料，并且可以通过适当的化学调整和无序工程，特别是通过将洪特金属掺杂到半填充附近，扩展到d-电子系统。
