Kagome晶格材料因其獨(dú)特的幾何阻挫結(jié)構(gòu)、以及拓?fù)浜蛷?qiáng)電子關(guān)聯(lián)效應(yīng)，為探索新興量子現(xiàn)象提供了極具潛力的平臺(tái)。在這一體系中，研究者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了諸多新奇量子態(tài)，如量子自旋液體，狄拉克/外爾費(fèi)米子，電荷密度波（CDW），電子向列相和非常規(guī)超導(dǎo)電性等。這些現(xiàn)象大多與Kagome電子能帶具有共存的平帶，范霍夫奇點(diǎn)和狄拉克點(diǎn)這一特性有關(guān)。
通常情況下，Kagome材料的平帶與范霍夫奇點(diǎn)之間存在較大的能量間隔，使得這類(lèi)材料要么表現(xiàn)出與平帶相關(guān)的磁性，要么是與范霍夫奇點(diǎn)相關(guān)的電荷序。
然而，最近在反鐵磁Kagome材料 FeGe中首次發(fā)現(xiàn)了電荷密度波序，并且觀察到CDW轉(zhuǎn)變伴隨著磁矩的增強(qiáng)的現(xiàn)象，表明CDW與磁性之間存在很強(qiáng)的相互作用。更值得注意的是，與典型的Kagome金屬（如CsV3Sb5）相比, FeGe的CDW響應(yīng)表現(xiàn)出顯著差異，暗示了一種新的物理機(jī)制。
最近，中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心超導(dǎo)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室SC3組的邱祥岡研究員、許兵特聘研究員與上?？萍即髮W(xué)齊彥鵬副教授、西南科技大學(xué)趙建洲副教授和美國(guó)萊斯大學(xué)戴鵬程教授課題組合作，利用偏振紅外光譜實(shí)驗(yàn)技術(shù)，結(jié)合理論計(jì)算，系統(tǒng)研究了FeGe中CDW轉(zhuǎn)變過(guò)程中的電荷動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果揭示了 FeGe 中獨(dú)特的CDW光學(xué)響應(yīng)特征，包括：缺乏明顯的能隙打開(kāi)；沿a軸和c軸均存在從低能向高能的譜重突然轉(zhuǎn)移；以及CDW轉(zhuǎn)變后新出現(xiàn)的低能吸收峰等。這些結(jié)果表明FeGe中的CDW具有一階相變特性和三維特征，與AV3Sb5體系中由于范霍夫奇點(diǎn)嵌套導(dǎo)致的CDW能隙直接打開(kāi)的行為截然不同。進(jìn)一步的理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比均支持一種新的基于一階結(jié)構(gòu)相變的非常規(guī)CDW機(jī)制。該機(jī)制涉及Ge1原子的二聚化，其降低了體系整體的磁性能量，從而使得體系可以形成一個(gè)穩(wěn)定2×2×2CDW基態(tài)。這些發(fā)現(xiàn)澄清了FeGe中非常規(guī)CDW的起源，揭示了其中結(jié)構(gòu)、磁性和電荷序之間協(xié)同作用，為理解磁性Kagome材料中的量子現(xiàn)象提供了新的視角。
圖：不同電子態(tài)的能帶結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果以及理論計(jì)算光電導(dǎo)率與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比
相關(guān)研究成果以“Charge Dynamics of an Unconventional Three-Dimensional Charge Density Wave in Kagome FeGe”為題發(fā)表在Physical Review Letters 134, 086902 (2025)。中國(guó)科學(xué)院物理研究所易紹輝博士、廖知裕博士和上海科技大學(xué)的王琦博士為該論文的共同第一作者，中國(guó)科學(xué)院物理研究所邱祥岡研究員、許兵特聘研究員，上?？萍即髮W(xué)的齊彥鵬副教授和西南科技大學(xué)趙建洲副教授為該論文的共同通訊作者。該工作受到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)科學(xué)院等科研項(xiàng)目的資助。
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