笼目材料因其独特的晶格结构、电子结构和拓扑性质，表现出丰富的物理现象，例如自旋液体态、拓扑量子相、超导和密度波态等。笼目材料通常具有狄拉克型色散、范霍夫奇点以及平带等典型的能带结构（图1a）。近年来，钒基笼目材料AV₃Sb₅（A = K, Rb, Cs）因其超导性和非常规电荷密度波态的共存和竞争成为了前沿研究热点。然而，钒基材料的非磁性和弱关联特性限制了其中关联物态（例如非常规超导）的深入探索。通过将钒替换为铬(图1b)，CsCr₃Sb₅不仅呈现出磁性和强电子关联效应，而且在加压后显示出非常规超导的行为，使之成为研究笼目结构中关联物性的理想平台。

       近期，清华大学物理系杨乐仙课题组和合作者利用角分辨光电子能谱（ARPES）和第一原理计算方法，系统研究了CsCr₃Sb₅的电子结构。第一性原理的计算表明，CsCr₃Sb₅保持了笼目材料的基本电子结构。但是与CsV₃Sb₅相比，范特霍夫奇点和狄拉克点远离费米能级，而平带则靠近费米能级。由于Cr的3d电子表现出强电子关联效应，平带被进一步移动到费米能以下，使得实验上的直接观测成为可能。进一步的动力学平均场理论计算表明，洪特耦合提升了体系中的电子关联效应，并导致轨道相关的能带重整化(图1c)，说明CsCr₃Sb₅是一种强关联的洪特金属。ARPES实验和理论计算基本符合。实验观测的平带位于费米能附近，说明平带在CsCr₃Sb₅新奇物性中起了重要的作用。另外，由于能带重整化导致的自能虚部增加，Cr的3d能带展宽较大（图1d）。随着温度升高，在密度波相变温度以上，实验还观察到电子散射率的显著增强，这可能与CsCr₃Sb₅高温下的类似半导体的行为相关。

图1. (a) 笼目晶格的特征能带结构，包括平带、K 点的狄拉克费米子和 M 点的范霍夫奇点（vHS）。（b) CsCr₃Sb₅的笼目晶体结构，其中铬原子形成了一个平面Kagome晶格。（c）动力学平均场理论计算的电子结构。（d）沿高对称方向的ARPES谱。

       本研究的实验和理论结果首次揭示了CsCr₃Sb₅的基本电子结构特征，特别是平带的存在和强电子关联效应。这些发现为理解该材料的非常规超导性和磁性提供了电子结构基础。此外，研究还表明，洪特耦合在CsCr₃Sb₅的电子结构中起了关键作用，导致了非相干的电子态及轨道相关的关联性质。这些结果为探索笼目材料中的关联物理和非常规超导性提供了重要线索。值得注意的是，实验观测到的CsCr₃Sb₅的性质，包括超导和密度波态的竞争、费米能附近的平带、强洪特耦合增强的关联性质等，和镍基超导体La₃Ni₂O₇及La₄Ni₃O₁₀中的物理十分类似。

       该研究成果以“Electron Correlation and Incipient Flat Bands in the Kagome Superconductor CsCr₃Sb₅” 为题发表在2025年4月4日的《自然·通讯》（Nature Communications）上。清华大学物理系2021级博士生李义典、浙江大学博士生刘艺和清华大学物理系2019级博士生杜宪（现为耶鲁大学博士后）为本文的共同第一作者，清华大学物理系杨乐仙副教授、浙江大学曹光旱教授、牛津大学陈宇林教授和中国科学技术大学王义林研究员为本文的共同通讯作者。该研究的合作者还包括上海科技大学柳仲楷副教授。文章中主要的实验结果在斯坦福同步辐射光源和上海光源完成。该研究得到了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金和新基石计划的支持。

       文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-58487-x