Published September 8, 2020
| Version v1
Publication
Open
Fragility of the Kondo insulating gap against disorder: Relevance to recent puzzles in topological Kondo insulators
- 1. University College Dublin
- 2. Shanghai Jiao Tong University
- 3. Jawaharlal Nehru Centre for Advanced Scientific Research
- 4. Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
- 5. National High Magnetic Field Laboratory
- 6. Florida State University
- 7. Ministry of Education of the People's Republic of China
Description
Kondo insulators are strongly correlated system in which a clean insulating gap emerges only at very low temperature due to many-body effects involving localized $f$-electrons. However, certain Kondo insulators, like SmB$_6$ and Ce${_3}$Bi${_4}$Pt${_3}$, display metallic behaviors at extremely low temperatures, that have defied current understanding. Recent advances in topological effects in materials has raised the attention on the protected surface states in these "topological Kondo insulators" as a potential resolution to some of the puzzling behaviors. Here we resolve these puzzles via a different route, by showing that the emergent Kondo insulating scale is extremely vulnerable against moderate degree of disorder, such that the gap is filled with a small number of states. Therefore, the real samples are probably never truly insulating and this in turn compromises the essential building block of topological considerations. Our results suggest strongly that systems like the Slater insulators would be a more promising direction to extend the realm of topology to strongly correlated systems.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
ترتبط عوازل كوندو ارتباطًا وثيقًا بنظام لا تظهر فيه فجوة عازلة نظيفة إلا عند درجة حرارة منخفضة جدًا بسبب تأثيرات العديد من الأجسام التي تنطوي على إلكترونات موضعية بقيمة $ f$. ومع ذلك، فإن بعض عوازل كوندو، مثل SMB $_6 $ و Ce ${_3}$Bi${_4}$ Pt${_3}$، تعرض سلوكيات معدنية في درجات حرارة منخفضة للغاية، والتي تحدت الفهم الحالي. أثارت التطورات الحديثة في التأثيرات الطوبوغرافية في المواد الانتباه إلى الحالات السطحية المحمية في "عوازل كوندو الطوبوغرافية" هذه كحل محتمل لبعض السلوكيات المحيرة. هنا نحل هذه الألغاز عبر مسار مختلف، من خلال إظهار أن مقياس كوندو العازل الناشئ ضعيف للغاية ضد درجة معتدلة من الاضطراب، بحيث تمتلئ الفجوة بعدد صغير من الحالات. لذلك، ربما لا تكون العينات الحقيقية عازلة حقًا وهذا بدوره يضر باللبنة الأساسية للاعتبارات الطوبولوجية. تشير نتائجنا بقوة إلى أن أنظمة مثل عوازل سلاتر ستكون اتجاهًا واعدًا لتوسيع نطاق الطوبولوجيا لتشمل الأنظمة المرتبطة بقوة.Translated Description (French)
Les isolateurs Kondo sont un système fortement corrélé dans lequel un espace isolant propre n'émerge qu'à très basse température en raison d'effets à plusieurs corps impliquant des électrons $f$ localisés. Cependant, certains isolateurs Kondo, comme SmB$ _ 6 $ et Ce ${_3}$Bi ${_4}$ Pt ${_3} $ , affichent des comportements métalliques à des températures extrêmement basses, qui ont défié la compréhension actuelle. Les progrès récents dans les effets topologiques dans les matériaux ont attiré l'attention sur les états de surface protégés dans ces « isolants topologiques de Kondo » comme une résolution potentielle à certains des comportements déroutants. Ici, nous résolvons ces énigmes par une voie différente, en montrant que l'échelle isolante émergente de Kondo est extrêmement vulnérable contre un degré modéré de désordre, de sorte que le vide est comblé par un petit nombre d'états. Par conséquent, les échantillons réels ne sont probablement jamais vraiment isolants, ce qui compromet à son tour l'élément constitutif essentiel des considérations topologiques. Nos résultats suggèrent fortement que des systèmes comme les isolateurs Slater seraient une direction plus prometteuse pour étendre le domaine de la topologie à des systèmes fortement corrélés.Translated Description (Spanish)
Los aisladores Kondo son un sistema fuertemente correlacionado en el que un espacio de aislamiento limpio emerge solo a temperaturas muy bajas debido a los efectos de muchos cuerpos que involucran $f$-electrones localizados. Sin embargo, ciertos aislantes de Kondo, como SmB$_6 $ y Ce${_3} $Bi${_4}$Pt${_3}$, muestran comportamientos metálicos a temperaturas extremadamente bajas, que han desafiado la comprensión actual. Los recientes avances en los efectos topológicos en los materiales han llamado la atención sobre los estados de superficie protegidos en estos "aislantes topológicos de Kondo" como una posible resolución de algunos de los comportamientos desconcertantes. Aquí resolvemos estos rompecabezas por una ruta diferente, mostrando que la escala aislante Kondo emergente es extremadamente vulnerable contra un grado moderado de desorden, de modo que la brecha se llena con un pequeño número de estados. Por lo tanto, las muestras reales probablemente nunca sean realmente aislantes y esto a su vez compromete el bloque de construcción esencial de las consideraciones topológicas. Nuestros resultados sugieren firmemente que sistemas como los aisladores Slater serían una dirección más prometedora para extender el ámbito de la topología a sistemas fuertemente correlacionados.Files
PhysRevResearch.2.033370.pdf
Files
(889.1 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:3287ac4b490c4698eedd99f697c58941
|
889.1 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- هشاشة فجوة كوندو العازلة ضد الاضطراب: الصلة بالألغاز الأخيرة في عوازل كوندو الطوبوغرافية
- Translated title (French)
- Fragilité de l'espace isolant de Kondo contre le désordre : pertinence pour les énigmes récentes dans les isolants Kondo topologiques
- Translated title (Spanish)
- Fragilidad de la brecha aislante de Kondo contra el desorden: relevancia para los rompecabezas recientes en los aisladores topológicos de Kondo
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3104324223
- DOI
- 10.1103/physrevresearch.2.033370
References
- https://openalex.org/W136670445
- https://openalex.org/W1529849278
- https://openalex.org/W1587753121
- https://openalex.org/W1592225564
- https://openalex.org/W1802496807
- https://openalex.org/W1963936151
- https://openalex.org/W1964832575
- https://openalex.org/W1975482668
- https://openalex.org/W1987362773
- https://openalex.org/W1988050274
- https://openalex.org/W1988150410
- https://openalex.org/W1990335700
- https://openalex.org/W1998071231
- https://openalex.org/W2006376718
- https://openalex.org/W2014971739
- https://openalex.org/W2016647475
- https://openalex.org/W2018350067
- https://openalex.org/W2022154295
- https://openalex.org/W2026059197
- https://openalex.org/W2027513928
- https://openalex.org/W2033073706
- https://openalex.org/W2060830206
- https://openalex.org/W2064470435
- https://openalex.org/W2082625395
- https://openalex.org/W2088455749
- https://openalex.org/W2092584776
- https://openalex.org/W2112532496
- https://openalex.org/W2233723450
- https://openalex.org/W2362496
- https://openalex.org/W2407201858
- https://openalex.org/W2461157046
- https://openalex.org/W2494826371
- https://openalex.org/W2509514187
- https://openalex.org/W2515429204
- https://openalex.org/W2538877470
- https://openalex.org/W2748083595
- https://openalex.org/W2758253347
- https://openalex.org/W2765670430
- https://openalex.org/W2786058576
- https://openalex.org/W2787166448
- https://openalex.org/W2795980135
- https://openalex.org/W2799814620
- https://openalex.org/W2807241686
- https://openalex.org/W2809960407
- https://openalex.org/W2889929703
- https://openalex.org/W2964358300
- https://openalex.org/W3010579136
- https://openalex.org/W3094303997
- https://openalex.org/W3098656244
- https://openalex.org/W3098683608
- https://openalex.org/W3099832707
- https://openalex.org/W3102390962
- https://openalex.org/W3103262645
- https://openalex.org/W3105509675
- https://openalex.org/W3122480742
- https://openalex.org/W3167120822
- https://openalex.org/W4235613568
- https://openalex.org/W4249025861