莱斯大学及其合作机构的研究人员发现了kagome超导体中存在活跃平面电子带的直接证据。这一突破或将为设计量子材料(包括超导体、拓扑绝缘体和自旋电子器件)的新方法铺平道路，这些材料或将为未来的电子和计算技术提供动力。

这项研究由莱斯大学物理与天文系及斯莫利-科尔研究所的戴鹏程、易明和司其淼领导，并与台湾国家同步辐射研究中心的黄迪菁共同完成，研究成果发表在《自然通讯》杂志上。研究重点关注铬基卡戈梅金属 CsCr₃Sb₅，这种金属在压力下会变成超导材料。

Kagome金属以其共角三角形的二维晶格为特征，最近被预测具有紧凑的分子轨道，即电子驻波模式，这可能促成非常规超导性和可通过电子关联效应激活的新型磁序。在大多数材料中，这些平带距离激活能级太远，不会产生任何显著影响;然而，在CsCr₃Sb₅中，它们积极参与并直接影响材料的性质。

“我们的研究结果证实了一个令人惊讶的理论预测，并为通过化学和结构控制来设计奇异超导性建立了一条途径，”山姆和海伦沃登物理学和天文学教授戴说。

这一发现为此前仅存在于理论模型中的想法提供了实验证据，也展示了如何利用kagome晶格的复杂几何形状作为控制固体中电子行为的设计工具。

物理学和天文学副教授易说：“通过识别活跃的平带，我们证明了晶格几何和新兴量子态之间的直接联系。”

研究团队采用了两种先进的同步加速器技术以及理论建模来研究活跃驻波电子模式的存在。他们利用角分辨光电子能谱(ARPES)绘制了同步加速器光发射电子的图像，揭示了与致密分子轨道相关的独特特征。共振非弹性X射线散射(RIXS)测量了与这些电子模式相关的磁激发。

“我们合作团队的 ARPES 和 RIXS 结果给出了一致的图像，表明这里的平坦带不是被动的旁观者，而是塑造磁场和电子景观的积极参与者，”物理学和天文学教授 Si 说道，“这是令人惊奇的，因为到目前为止，我们只能在抽象的理论模型中看到这样的特征。”

通过分析定制的电子晶格模型，我们获得了强关联效应的理论支持，该模型复制了观察到的特征并指导了结果的解释。莱斯学院青年研究员兼共同第一作者谢芳领导了该部分研究。

莱斯大学研究生、共同第一作者王泽浩 (Zehao Wang) 表示，要获得如此精确的数据，需要异常大且纯度高的 CsCr₃Sb₅ 晶体，这种晶体采用一种精细的方法合成，可以产生比以前大 100 倍的样品。

这项研究凸显了跨学科研究的潜力，领导 ARPES 研究的莱斯大学研究生兼共同第一作者 Yucheng Guo 表示。

郭说：“这项工作得益于材料设计、合成、电子和磁光谱表征和理论方面的合作。”

更多信息： Zehao Wang 等，Cr 基 kagome 超导体中的自旋激发和平坦电子带，《自然通讯》(2025 年)。期刊信息： 《自然通讯》