kagome金属以其独特的二维晶格结构（角共享三角形）著称，理论预测其可承载紧致分子轨道形成的平电子能带（flat electronic bands）。这些平带被认为是诱导非常规超导性、拓扑态和新型磁序的关键载体。然而，在大多数材料中，平带远离活跃能级，无法显著影响材料性质；此前对活性平带的观测仅存在于理论模型中，缺乏实验证据。铬基kagome金属CsCr?Sb?在压力下呈现超导性，成为验证平带活性的理想平台。

莱斯大学联合团队在CsCr?Sb?中首次发现活性平电子能带的直接实验证据。研究结合同步辐射技术（ARPES与RIXS）与强关联电子理论模型，证实平带通过电子关联效应被激活，直接调控材料的磁性与超导特性。这一发现不仅验证了理论预测，更为设计量子材料（如拓扑绝缘体、自旋电子器件）提供了新范式。成果发表于《自然·通讯》。

关键实验方法：同步辐射技术与样品制备

1.超大单晶合成：采用优化化学气相法制备纯净CsCr?Sb?单晶，尺寸较此前研究提升100倍，确保测量精度。

2.角度分辨光电子能谱（ARPES）：利用同步辐射光源对发射电子成像，直接捕捉平带能谱特征（如电子驻波态的空间分布）。

3.共振非弹性X射线散射（RIXS）：定量分析平带关联的磁激活动力学，揭示自旋涨落与电子模式的耦合。

4.理论建模：构建定制化电子晶格模型，通过强关联效应分析解读实验数据，建立几何晶格与量子态的关联机制。

晶体结构、X 射线衍射、ARPES 和 RIXS 结果示意图。

核心发现：平带活性理论与实验验证

1.平带活性的首次实证：ARPES观测到与紧凑分子轨道匹配的能带特征，RIXS进一步证实平带直接参与磁激发，推翻“被动旁观”传统认知。

2.晶格几何的量子调控作用：发现kagome晶格的三角形拓扑结构可被设计为量子态调控工具，为材料工程提供新途径。

3.强关联效应的关键角色：理论模型揭示电子关联效应是激活平带的核心机制，解释了CsCr?Sb?中超导性与磁序共存的微观起源。

4.跨学科方法创新：融合材料合成、同步辐射表征与理论计算，建立从原子设计到宏观物性的全链条研究框架。

RIXS 测量

量子特性表征

研究通过以下实验数据验证了平带的活性与调控能力：

平带能谱特征：ARPES检测到显著的能带平坦化区域（<50 meV色散），位置接近费米能级，表明其参与低能物理过程。

磁激发模式：RIXS测得平带关联的自旋共振峰，强度达背景散射的3倍以上，证实平带驱动磁涨落。

理论-实验一致性：强关联模型成功复现观测能带结构，误差率<5%，验证几何晶格对电子态的拓扑约束效应。

技术协同优势：ARPES与RIXS数据互补，实现电子态与磁动力学的跨尺度关联分析（能量分辨率达10 meV）。

ARPES 和 RIXS 的温度相关结果

结论与展望

本研究通过实验证实kagome超导体中活性平电子能带的存在，建立了晶格几何–电子关联–量子态的调控链条，为设计超导与拓扑材料开辟了新途径。未来研究方向包括：

1.材料拓展：通过化学掺杂（如Sn替代Sb）或压力工程调控平带位置，优化非常规超导性；

2.器件集成：探索平带在拓扑量子计算与低功耗自旋器件中的应用潜力；

3.机制深化：解析平带参与库珀对形成的微观过程，建立统一超导理论模型。
该成果凸显跨学科研究（材料科学、量子物理、同步辐射技术）在解决前沿量子问题中的核心价值。

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