近日，南京大学物理学院温锦生教授、李建新教授、于顺利教授及合作者通力合作，利用中子散射手段结合理论计算对一个可以实现单层铁磁、且居里温度可调控至室温的范德华金属铁磁体材料Fe2.72GeTe2进行研究，发现了该材料中局域磁矩与巡游电子分别贡献低能的自旋波激发以及高能的反常柱状连续谱，揭示了磁激发的二元特性。进一步的中子谱学研究表明，巡游电子与局域电子之间存在近藤相互作用。
图1.(a)和(b)非弹性中子散射测得的4K温度下的自旋激发谱。(c)和(d)密度泛函理论计算给出的铁磁态自旋向上向下电子能带结构。(e)紧束缚模型计算结果以及粒子-空穴对散射过程示意。(f)和(g)无规相近似计算得到的自旋激发谱。
图2.(a)、(b)和(c)、(d)面内和面外方向4K以及100K的低能自旋波激发。(e)-(g)和(h)-(j)面内和面外方向两个温度下的等动量切线以及阻尼常数比较。
该工作观察到了自旋波激发以及罕见的柱状连续谱激发，解释了范德华金属铁磁体Fe2.72GeTe2的磁性起源，提供了d电子磁性系统中局域磁矩和巡游电子共存以及相互作用的直接谱学证据。实验发现的近藤晶格行为通常在具有较重f电子的重费米子体系中出现，而在d电子系统中却鲜有报道，这给阐释过渡金属化合物中的磁性本质提供了新的思路，对于解决此类问题具有重要意义。
该研究成果以“NeutronSpectroscopyEvidenceontheDualNatureofMagneticExcitationsinavanderWaalsMetallicFerromagnetFe2.72GeTe2”为题，发表在《PhysicalReviewX》上[Phys.Rev.X12,011022(2022)]。南京大学物理学院温锦生教授课题组的博士后鲍嵩、博士生上官艳艳、蔡正蔚（已毕业）以及南京邮电大学的王巍博士为论文的共同第一作者，温锦生教授、李建新教授和于顺利教授为共同通讯作者。实验研究由温锦生教授课题组完成，理论研究由李建新教授课题组以及王巍博士、万贤纲教授负责完成。其中，中子散射实验工作在日本质子加速器研究中心的4SEASONS谱仪，以及澳大利亚核科学和技术组织的SIKA谱仪上完成。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、一流大学和一流学科建设计划、固体微结构物理国家重点实验室以及人工微结构协同创新（2011）中心的支持。
SongBao,WeiWang,YanyanShangguan,ZhengweiCai,Zhao-YangDong,ZhentaoHuang,WendaSi,ZhenMa,RyoichiKajimoto,KazuhikoIkeuchi,Shin-ichiroYano,Shun-LiYu,XiangangWan,Jian-XinLiandJinshengWen,NeutronSpectroscopyEvidenceontheDualNatureofMagneticExcitationsinavanderWaalsMetallicFerromagnetFe2.72GeTe2,Phys.Rev.X12,011022(2022).