一种奇特的量子效应可为未来电子设备提供动力

笼目金属以其由角共享三角形组成的二维晶格为特征，近期被预测可承载紧凑分子轨道（即电子的驻波模式），这种轨道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净共同领导了这项研究。

"我们的结果证实了一项惊人的理论预测，并为通过化学与结构调控实现奇异超导性建立了路径，" 物理与天文系萨姆与海伦·沃登教授戴鹏程表示。

该发现为先前仅存在于理论模型中的设想提供了实验证据。它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，以调控固体中电子的行为。

"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，" 物理与天文学系副教授易明说。

研究团队采用两种先进同步辐射技术与理论建模相结合的方法，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）绘制同步辐射光激发电子的能谱图，揭示了与紧凑分子轨道相关的明确特征。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与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，" 物理与天文系哈里·C·威斯与奥尔加·K·威斯教授斯其苗强调，"鉴于此前我们仅在抽象理论模型中观测到此类特征，这一发现令人惊叹。"

理论基础来源于对强关联效应的分析——研究团队从定制的电子晶格模型出发，该模型复现了观测特征并指导结果解读。莱斯学会青年研究员、共同第一作者谢方主导了该部分研究。

莱斯大学研究生、共同第一作者王泽豪指出，获取如此精确的数据需要异常大尺寸且高纯度的CsCr₃Sb₅晶体，团队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工作的莱斯大学研究生、共同第一作者郭宇成表示，该成果突显了跨学科研究的潜力。

"这项工作的实现得益于材料设计、合成、电子与磁谱学表征及理论研究的协同合作，" 郭宇成说。

莱斯大学的合作作者包括黄月飞、高斌、吴汉、任铮、方园、王一鸣、毕安娜斯、张一辰、岳梓钦、鲍里斯·雅科布松和河野淳一郎。

其他贡献者包括台湾同步辐射研究中心的黄筱瑜、冈本纯、Ganesha Channagowdra、藤森淳和陈建德；北京师范大学的鲁兴叶；华盛顿大学的刘昭宇和朱俊豪；劳伦斯伯克利国家实验室的胡成、Chris Jozwiak、Aaron Bostwick和Eli Rotenberg；SLAC国家加速器实验室的桥本真和卢东辉；加州大学伯克利分校的罗伯特·伯吉诺；以及浙江大学的曹光汉。

本研究获得美国能源部、罗伯特·A·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、国家科学基金会及范内瓦·布什教师学者计划的支持。