中心团队在笼目晶格研究中取得重要进展

笼目晶格是近年来凝聚态物理研究的热点体系之一。由于其特殊的几何结构，其基态可展现出自旋阻挫、拓扑电子态、量子自旋液体、电荷密度波、超导等特性，是实现新量子态及调控的理想平台。在钒基笼目金属AV₃Sb₅ (A=K, Rb,Cs)中，电荷密度波(CDW)表现出与超导共存、手性、电子向列性、时间反演对称性破缺、无局域磁矩的反常霍尔效应等现象，揭示笼目晶格中CDW具有非常规的特征和机理。此前，关联物质研究中心团队在AV₃Sb₅中超导序参量[SCPMA 64, 107462 (2021) ESI高被引; PRB 104, 174507 (2021); PRR 4, 033145(2022)] 及CDW和超导的调控取得了系列进展[PRB 103,L220504 (2021) ESI高被引; CPB 31, 017404 (2022); PRB 106, 024516(2022); SCPMA 66, 227411 (2023)]，为后续研究打下了坚实的基础。

相比于AV₃Sb₅中普遍存在的2×2型CDW，双层笼目晶格RV₆Sn₆(R=Sc、Y、Gd-Tm、Lu)中仅有ScV₆Sn₆表现出√3×√3型CDW。尽管ScV₆Sn₆与AV₃Sb₅中的CDW显著不同，二者都具有时间反演对称性破缺和无局域磁矩的反常霍尔效应，表明笼目晶格中CDW的性质及形成机理可能存在相关的共性。

近日，中心宋宇和曹超研究团队使用非弹性 X 射线散射 (IXS) 测量手段和第一性原理计算对ScV₆Sn₆的CDW进行了研究。他们发现在√3×√3×3CDW(q_s-CDW)相变温度之上，存在√3×√3×2CDW(q^*-CDW)的动态短程序。随着温度的降低，q^*-CDW强度逐渐增加，但在相变温度以下被q_s-CDW通过一阶相变所取代[图1(a)]，清晰地揭示二者间的竞争。在(0,0,6)+q_s和(0,0,6)+q^*处的声子谱测量表明[图2(b)，(c)]，两个位置都出现了软声子，且q^*处的声子更软。这些测量结果表明ScV₆Sn₆中存在非常规的CDW形成过程：在相变温度附近，声子在q^*处软化到近乎零量，但长程序却在q_s出现[图1(d)]。第一性原理计算也表明q^*-CDW在单粒子图像下能量更低，但具有动量依赖的电声耦合(EPC)有可能促使q_s成为基态。这些发现表明ScV₆Sn₆中可能存在由EPC驱动的关联多体物理，显示笼目晶格是研究强EPC体系中演生量子相的重要载体。

该成果发表在Nature Communications杂志上。宋宇研究员和曹超教授是本文的通讯作者，博士生曹赛征为论文第一作者。该研究得到了国家重点研究计划、浙江省领雁计划、浙江省重点研发计划和国家自然科学基金的支持。

 

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-023-43454-1