一种奇特的量子效应可能驱动未来电子设备

笼目金属以其由角共享三角形构成的二维晶格为特征，近期被预测可承载紧致分子轨道，即电子驻波模式。这些模式可能促成非常规超导性和新颖磁序，并可通过电子关联效应被激活。在大多数材料中，这些平带距离活性能级过远而影响甚微；然而在CsCr₃Sb₅中，它们积极参与并直接影响材料性质。

莱斯大学物理与天文系及斯莫利-柯尔研究所的戴鹏程、易明和斯其苗，与台湾同步辐射研究中心的黄迪靖共同领导了这项研究。

"我们的结果证实了令人惊讶的理论预测，并为通过化学与结构调控设计奇异超导性开辟了路径，"物理学与天文学Worden讲席教授戴鹏程表示。

该发现为仅存在于理论模型中的设想提供了实验证据，同时揭示了如何利用笼目晶格的复杂几何结构作为设计工具来调控固体中的电子行为。

"通过识别活性平带，我们证明了晶格几何结构与涌现量子态之间的直接关联，"物理学与天文学副教授易明说。

研究团队采用两种先进同步辐射技术结合理论建模，探究活性电子驻波模式的存在。他们利用角分辨光电子能谱（ARPES）对同步辐射光激发出的电子进行成像，揭示了与紧致分子轨道相关的鲜明特征。共振非弹性X射线散射（RIXS）则测量了与这些电子模式关联的磁激发。

"合作团队的ARPES和RIXS结果呈现出一致图景：这里的平带并非被动旁观者，而是塑造磁性与电子景观的积极参与者，"物理学与天文学Wiess讲席教授斯其苗强调，"鉴于此前我们仅在抽象理论模型中见过此类特征，这一发现令人惊叹。"

通过基于定制电子晶格模型分析强关联效应，研究获得了理论支持。该模型复现了观测特征并指导结果解读，此部分研究由莱斯科学院青年研究员、共同第一作者谢芳主导。

共同第一作者、莱斯大学研究生王泽昊指出，获取如此精确数据需要异常大尺寸且高纯度的CsCr₃Sb₅晶体，他们采用改进合成方法制备的样品尺寸达到先前研究的100倍。

主导ARPES工作的共同第一作者、莱斯大学研究生郭宇成表示，该成果凸显了跨学科研究的潜力。

"这项研究得益于材料设计、合成、电子与磁谱学表征及理论计算的多方协作，"郭宇成说。

莱斯大学的合作者包括黄越飞、高斌、吴汉、任政、方园、王一鸣、Ananya Biswas、张逸尘、岳子钦、鲍里斯·雅科布松和河野纯一郎。

其他贡献者包括台湾同步辐射研究中心的黄晓钰、冈本淳、Ganesha Channagowdra、藤森厚、陈建德；北京师范大学的卢兴杰；华盛顿大学的刘昭宇、朱俊华；劳伦斯伯克利国家实验室的胡成、Chris Jozwiak、Aaron Bostwick、Eli Rotenberg；SLAC国家加速器实验室的桥本真、吕东辉；加州大学伯克利分校的罗伯特·伯基诺；浙江大学的曹光旱。

本研究光旱。

本研究获得美国能源部、罗伯特·韦尔奇基金会、戈登与贝蒂·摩尔基金会、空军科学研究办公室、国家科学基金会及万尼瓦尔·布什教师学者计划支持。