曾长淦：准二维Fe3Sn2 Kagome晶格的新奇电子特性

huafen

在电子能带理论中，固体的能带结构是通过求解晶格周期电位中电子的单电子薛定谔方程确定。通过适当设计晶格结构可以获得各种非凡的能带结构。一个广受关注的例子是通过构造蜂巢晶格可以实现具有线性色散关系的狄拉克能带。而与狄拉克能带形成鲜明对照的是平带。狄拉克能带中电子没有质量，而平带中的电子具有很重的质量。理论预言平带可能导致各种激动人心的物理效应，包括铁磁性、高温分数量子霍尔效应、Wigner晶体、玻色-爱因斯坦凝聚、以及高温超导等。原则上平带可以通过构造一些特殊晶格使电子布洛赫波局域相消干涉来实现。然而迄今为止，对实际材料平带的实验验证及平带物理效应的展示仍然是一个巨大的挑战。在本文中，作者获得了真实的分层2D kagome Fe3Sn2中平带和铁磁性。

近日，曾长淦教授研究团队与韩国汉阳大学的中心访问学者Jun-Hyung Cho教授、国家同步辐射实验室孙喆教授等合作，结合扫描隧道显微术、角分辨光电子能谱、第一性原理计算等手段，证实准二维kagome化合物Fe3Sn2确实存在平带电子结构。通过理论计算和模型证实，影响带平坦度的主要原因是kagome晶格内Bloch波函数的局部破坏性。在kagome晶格中的六边形单元的独特网格中，分子内交换相互作用形成的局部自旋矩的铁磁耦合。这项研究为探索晶格驱动的长程铁磁序提供了新思路。相关成果以“Flatbands and Emergent Ferromagnetic Ordering in Fe3Sn2 Kagome Lattices”为题发表在Physical Review Letters上，并被刊物编辑部评选为Editors’Suggestion。博士生林志勇为文章第一作者。

本文不仅在实验上第一次展示了实际kagome晶格确实可以存在平带电子结构，而且为探索晶格驱动的长程铁磁序提供了新思路。未来对平带电子结构的进一步调控，比如调节费米面位置，将有可能实现其它在拓扑量子计算方面有应用前景的新奇量子态。上述研究工作得到了国家自然科学基金委、科技部、教育部以及量子信息与量子科技前沿协同创新中心的资助。

文献链接：Flatbands and Emergent Ferromagnetic Ordering in Fe3Sn2 Kagome Lattices（Phys. Rev. Lett., 2018, DOI: 10.1103/PhysRevLett.121.09640）。