近日,，物理學(xué)院徐陳超副教授,、戴建輝教授聯(lián)合浙江大學(xué)物理學(xué)院曹超教授,、林海青院士,、王孝群教授研究團隊在鉻基籠目晶格材料CsCr₃Sb₅研究上取得新進(jìn)展,。研究工作揭示了磁性對CsCr₃Sb₅化合物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定具有重要作用,，并進(jìn)一步報道了常壓低溫下該化合物的基態(tài)是一類非常規(guī)磁有序態(tài)——“交錯磁性態(tài)”。相關(guān)研究成果以 “Altermagnetic Ground State in Distorted Kagome Metal CsCr₃Sb₅” 為題,，發(fā)表在Nature Communications（《自然-通訊》,，IF=16.1）上。

交錯磁性（Altermagnetism）是一種區(qū)別于傳統(tǒng)鐵磁和反鐵磁的新型非常規(guī)磁有序,，是近年來凝聚態(tài)物理和自旋電子學(xué)領(lǐng)域的研究熱點,。交錯磁性既表現(xiàn)出類似鐵磁體的時間反演對稱性破缺特征，又保持了反鐵磁體的低雜散場優(yōu)勢,。因此交錯磁性器件集合了鐵磁和反鐵磁的優(yōu)點，具備高存儲容量,、高存儲密度,、低功耗、電控讀寫能力,、防篡改特性,、高頻操作性能以及超快動力學(xué)響應(yīng)等優(yōu)勢。

圖1 CsCr₃Sb₅的交替磁性自旋密度波態(tài),。(a)交替磁性自旋密度波構(gòu)型,。(b)交替磁性態(tài)費米能量附近自旋劈裂能帶。(c) 交替磁性態(tài)的費米面截面,。紅色/藍(lán)色表示自旋向上/向下

圖2 籠目晶格非磁性態(tài)和交替磁性自旋密度波態(tài)聲子譜,。(a,b) 常壓和30GPa下籠目晶格非磁性態(tài)聲子譜 (c)常壓交替磁性自旋密度波態(tài)聲子譜

CsCr₃Sb₅是一類二維籠目晶格結(jié)構(gòu)的新型材料，由我校物理學(xué)院2013屆校友劉藝博士(浙江大學(xué)曹光旱教授課題組)近期制備合成,?；诘谝恍栽碛嬎悖礻惓┦繉sCr₃Sb₅的電子結(jié)構(gòu),、磁性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行了系統(tǒng)研究,。通過對該材料2000多個磁構(gòu)型展開搜索，預(yù)測該材料在常壓下的基態(tài)是一種4x2交錯磁性自旋密度波(Altermagnetic-SDW)態(tài),，并且具有4a₀結(jié)構(gòu)調(diào)制(圖1 a),，與CsCr₃Sb₅的低溫單晶X射線衍射相一致。在Altermagnetic-SDW態(tài)下,，能帶存在明顯的自旋劈裂,，且導(dǎo)致自旋極化的費米面(圖1 b,c)。這些結(jié)果預(yù)示著二維層狀籠目晶格材料CsCr₃Sb₅在制備自旋電子學(xué)器件領(lǐng)域具有巨大的前景,。

除此之外,，CsCr₃Sb₅是首個在磁性基態(tài)附近出現(xiàn)超導(dǎo)的籠目晶格材料,。該材料在常壓低溫下有自旋密度波轉(zhuǎn)變，并伴隨著4a₀的結(jié)構(gòu)畸變,。通過加壓抑制其自旋密度波及結(jié)構(gòu)畸變后,，其出現(xiàn)最高轉(zhuǎn)變溫度T_c=6.4 K的超導(dǎo)。實驗上的這些現(xiàn)象表明CsCr₃Sb₅與銅氧化物,、鐵基超導(dǎo)體類似,，很有可能是一類新型的非常規(guī)超導(dǎo)體。理論計算上,，徐陳超博士還發(fā)現(xiàn)除了Altermagnetic-SDW相以外,，存在其他多個能量相近的競爭SDW相。這表明在有限溫度下存在強烈的磁性漲落,。加壓后,，競爭序之間的能量差異以及結(jié)構(gòu)調(diào)制被抑制。然而,，即使在高達(dá)30 GPa的壓力下,，非磁性相的高對稱性籠目晶格仍不穩(wěn)定（圖2），表明磁性漲落依然起著重要的作用,。這些結(jié)果從計算上提供了該材料可能具有非常規(guī)超導(dǎo)電性的理論依據(jù),。

論文第一作者為我校物理學(xué)院副教授徐陳超，我校2013屆校友,，2022年底回到母校工作,，主要從事凝聚態(tài)物理的研究，從第一性原理出發(fā)研究材料的電子結(jié)構(gòu),、磁性和拓?fù)湫再|(zhì),，先后在Nature, Nature Communications, PNAS, Science Bulletin, Phys. Rev. B 等世界知名期刊上發(fā)表論文，主持國家自然科學(xué)基金青年項目1項,，參與北京凝聚態(tài)物理國家研究中心開放課題面上項目各1項,，杭州聯(lián)合基金重點項目1項。