南京大学物理学院温锦生与李建新联合团队及合作者在金属铁磁体中发现近藤相互作用对磁振子阻尼的重整新机制

近日，南京大学物理学院温锦生、李建新团队与中国科学院理论物理研究所李伟团队合作，利用中子散射结合理论计算，系统研究了范德华金属铁磁体Fe_3-xGeTe₂低能自旋波的温度演化，发现磁振子阻尼系数在低温下的对数标度行为以及中间温度的极小值现象。进一步分析表明，该异常源于局域磁矩与巡游电子之间的近藤耦合。该工作首次在d电子体系中揭示了近藤相互作用对磁振子阻尼的重整机制，将近藤物理的研究范畴从孤立自旋拓展至集体自旋激发，为在磁有序金属中探测近藤耦合提供了新的谱学手段。

近藤效应是凝聚态物理学的经典现象，最初用于解释稀磁合金中电阻随温度降低出现对数增强并形成极小值的反常行为。随后，这一概念被推广至近藤晶格体系——即周期性排列的局域磁矩与传导电子相互作用的量子多体系统。在以f电子为主导的重费米子材料（如含Ce、Yb、U的金属间化合物）中，近藤晶格物理已得到系统而深入的研究，而在d电子体系中则相对少见。不同于较为局域化的f电子，d电子通常处于局域与巡游之间的中间状态，在此背景下，如何在局域—巡游二元性框架下理解磁性起源，以及近藤晶格模型是否仍然适用，成为当前关联电子物理中的重要问题。另一方面，近藤效应的实验表征长期以来主要依赖电输运和热力学测量，以及电子能带结构的探测。然而，能否通过自旋激发谱直接刻画近藤物理，仍缺乏系统研究。

图1. a,b, 不同温度下面内和面外特定动量位置的能量扫描。c,d, 面内和面外磁振子的阻尼系数和能量随温度的演化。e, 铁磁近藤—海森堡晶格模型示意图。f, 电子—磁振子散射导致的磁振子自能费曼图，其中阴影部分代表重整的顶角修正。g, 有限温度张量网络计算结果。

在本工作中，研究团队选择Fe_3-xGeTe₂（FGT）作为研究对象。此前团队成员在对该材料的研究中发现[Phys. Rev. X 12, 011022 (2022)]，体系中局域磁矩和巡游电子共存，使得其磁激发呈现出局域—巡游的二元性特征。特别是在低温下，低能自旋波阻尼更为显著，可能来源于近藤屏蔽效应的增强。为进一步厘清FGT中巡游电子与局域磁矩的相互作用机制，研究团队利用非弹性中子散射系统测量了该材料低能自旋波随温度的细致演化。在若干代表性温度下，面内和面外特定动量位置的能量扫描结果分别如图1a和b所示。结果显示，在面内方向，4 K时未观察到磁振子峰；随着温度升高并趋近于居里温度 T_C ~160 K，磁振子峰逐渐显现，其能量位置却呈现非单调变化【图1a】。相比之下，面外方向的磁振子峰随温度升高单调软化【图1b】。为排除玻色统计因子的影响，研究团队对原始数据进行了玻色因子修正，并采用阻尼谐振子模型进行拟合，从而提取出磁振子的能量与阻尼系数，其温度演化如图1c和d所示。结果表明，面内与面外方向的磁振子阻尼系数呈现统一的温度依赖：在接近0 K与T_C时发散，而在中间温度T_d^*~90 K附近出现极小值。该行为可很好地通过对数项与幂律项的线性组合进行拟合，分别对应近藤效应与热涨落的贡献。值得注意的是，这种非单调行为虽然在形式上类似于单杂质近藤问题中电阻极小现象或自旋弛豫率的温度演化，但其本质涉及集体自旋激发（磁振子）与巡游电子之间的相互作用，体现了更为复杂的量子多体效应。

为理解上述实验结果，研究团队构建了铁磁近藤—海森堡晶格模型，如图1e所示，并结合先进的张量网络方法，进行温度依赖的动力学性质数值计算，成功复现了实验观测的阻尼极小与对数标度行为，如图1g所示。结果表明，这一现象源于近藤耦合驱动的传导电子与磁振子之间的自旋翻转散射机制，如图1f所示。

该工作首次在d电子体系中发现了集体自旋激发的异常阻尼现象，提出了近藤耦合驱动的电子—磁振子散射新机制，开辟了利用磁振子谱学探测近藤相互作用的新途径。该研究成果以“Magnon Damping as a Probe of Kondo Coupling in Magnetically Ordered Systems”为题，于2026 年3月6日在《Nature Communications》上线[Nat. Commun. 17, 3557 (2026)]。南京大学物理学院温锦生课题组助理教授鲍嵩、中国科学院理论物理研究所李伟团队博士生高源、博士后王俊森（现为中科院合肥物质科学研究院强磁场中心特任副研究员）为论文共同第一作者，温锦生教授、李建新教授和李伟研究员为共同通讯作者。中子散射实验在澳大利亚核科学技术组织的Sika谱仪上完成。该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、中国博士后科学基金、江苏省卓越博士后计划、小米青年学者-科技创新奖以及中央高校基本科研业务费等基金计划的支持，并依托南京大学物理学院、固体微结构物理全国重点实验室、人工微结构科学与技术协同创新中心以及江苏省物理科学研究中心等平台完成。

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-70241-5