Nature Communications | 笼目晶格中平带诱导的反铁磁涨落增强

  近日，关联物质中心曹超课题组基于自旋涨落诱导的超导机制，发展了高效的随机相近似数值计算方法，并与曹光旱教授等合作将这一方法应用于近期发现的铬基笼目超导体CsCr3Sb5[1]，对这一体系中的自旋涨落和超导配对进行了理论研究。研究发现，CsCr3Sb5中未占据的平带显著地贡献了体系的反铁磁涨落，并且诱导了体系中自旋单态的s±和d波超导配对（图1）。

图 1 a CsCr3Sb5中的电子平带。b,c 考虑和不考虑平带时CsCr3Sb5的裸电子磁化率。d,e 体系的超导能隙对称性。

       受到这一结果的启发，课题组进一步分析了笼目晶格模型中电子平带参与的自旋涨落和超导配对。结果显示，当费米能落在平带与色散带之间，并且靠近平带时，平带电子态参与的带间散射过程会显著地增强体系的反铁磁涨落。这一结果不同于此前学术界普遍认识中平带与铁磁关联密切相关的图像。进一步的理论分析表明，这一反铁磁涨落的增强与笼目体系中的子晶格-动量耦合密切相关。如图2所示，子晶格-动量耦合使得带间散射引起的局域自旋涨落主要发生在非零的动量上，因此在局域库伦相互作用占主导时，会导致自旋涨落反铁磁部分被选择性增强。事实上，子晶格-动量耦合是几何阻挫体系电子结构的普遍特征，这一发现为我们研究几何阻挫体系提供了新的视角。

图 2 笼目体系中子晶格-动量耦合机制示意图

   该成果以“Flat-band enhanced antiferromagnetic fluctuations and superconductivity in pressurized CsCr3Sb5”为题，发表在Nature Communications杂志上。论文第一作者为浙江大学物理学院武思祺博士，通讯作者为曹超教授。物理学院林海青院士、王孝群教授、曹光旱教授和杭州师范大学的徐陈超副研究员是文章的共同作者。研究得到了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目和浙江大学物理高等研究院的大力支持。浙江大学关联物质中心计算集群以及杭州师范大学高性能计算中心提供了相关的计算资源。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-56582-7