意昂3体育官网物理學院量子材料科學中心𓀎、北京量子信息科學研究院、意昂3体育官网納米器件物理與化學教育部重點實驗室陳劍豪研究員課題組與意昂3体育官网物理學院量子材料科學中心謝心澄院士、北京理工大學物理學院姚裕貴教授，清華大學物理系熊啟華教授，北京理工大學物理學院王秩偉教授和北京師範大學物理學系劉翌研究員等合作，在籠目結構金屬CsV₃Sb₅中發現了三維隱藏序相變📮🧙🏽‍♂️。2024年6月13日，相關研究成果以《通過面內磁輸運測量探測籠目結構金屬CsV₃Sb₅的三維隱藏序》（“Three-dimensional hidden phase probed by in-plane magnetotransport in kagome metal CsV₃Sb₅”）為題，發表在期刊《自然•通訊》（Nature Communications）上🧑‍🧑‍🧒。

籠目結構拓撲金屬AV₃Sb₅（A="Cs," Rb,K），因其非凡的電子結構，成為研究拓撲量子態和電子關聯的寶貴材料平臺。該體系展現出了豐富多樣的量子態和非平庸的電子行為，包括拓撲表面態✍🏿、具有配對密度波的超導態🧒🏻、電子向列相、電荷密度波、手性電輸運、反常霍爾效應和時間反演對稱性破缺等。復雜多樣的物態引發了科學界的廣泛關註，許多實驗試圖在該體系中尋找潛在的重要量子態🙆🏻‍♀️，例如非常規超導電性🤟🏻、Majorana零能模和軌道電流序。以CsV₃Sb₅（CVS）為例👸🏻，該體系中易被觀測的兩個相變是CDW相變（約90K）和超導相變（約2.5K）。有趣的是⛵️，越來越多的實驗表明在這兩個相變之間約35K處存在一個額外的相變。例如🍾，繆子散射實驗發現在大約35K以下CVS中具有明顯的破壞了時間反演對稱性信號👞，推測與二維的軌道電流序有關；掃描隧穿顯微鏡實驗👷🏼、核磁共振實驗以及彈性電阻測量指出在約35K以下形成電子向列序🤽🏿‍♂️；電輸運測量實驗發現在該溫度以下存在明顯的倍頻信號👽。由於實驗結果有限，關於這個隱藏序還有很多未知之處，包括破壞時間反演對稱性的確切機製⏮、隱藏序的空間對稱性以及其基本的電輸運特性🟡。

陳劍豪課題組通過測量CsV₃Sb₅薄膜樣品的面內磁電阻，發現面內磁電阻與磁場方向呈現出明顯的各向異性，而且這種各向異性表現出顯著的溫度和磁場依賴性（見圖1）👧🏻。通過提取面內磁阻的旋轉對稱分量🦸🏿‍♂️，發現其中二重對稱性分量（C2）和六重對稱性分量（C6）具有明確的物理機製🧑🏿‍🔬。C2分量與CDW同時出現，並與電子向列相具有相同的對稱性，表明C2分量與以上兩者相關；在約35K以下，C6分量出現並且磁場可調，這與軌道電流序的圖像吻合。另外, 在這個溫度以下，無論是磁場垂直於電流還是平行於電流，面內磁電阻隨磁場增加線性減小（即線性面內負磁阻）。種種實驗數據表明在35K以下存在一個磁場可調的三維軌道電流序（見圖2）。該項研究不僅為CVS中隱藏序的物理性質提供了完整的描述🎷，同時為研究物質奇異量子態之間相互作用以及探測隱藏序提供範例🍏。

圖1 CsV₃Sb₅面內磁電阻各向異性的磁場和溫度依賴🧛🏼‍♂️。（a）面內磁阻測量示意圖，其中電流沿著x方向🙍🏿‍♀️，γ是磁場與y軸之間的角度。（b）零磁場下, CVS樣品的電阻-溫度曲線，溫度範圍：2K到300K。電阻-溫度曲線在85K處的拐點對應著CDW相變🌭，插圖是2K到10K之間電阻-溫度曲線的放大圖，顯示在4.3K發生超導轉變。（c）（d）面內磁阻與γ的極坐標圖。圖c是溫度為5K時的數據👩🏿‍🌾，磁場大小依次為1、2、4、6🍮🌃、8、12T；圖d是磁場是9T時的數據，溫度依次為5🗽、15、25、35、45、50K

圖2 CsV₃Sb₅相圖與軌道電流序示意圖。（a）總結了文獻中報道的CVS相變（黑點）和本項研究中觀測到的相變（紅點）。（b） CVS中三維軌道電流序的示意圖

北京量子信息科學研究院助理研究員魏鑫健和意昂3体育官网物理學院量子材料科學中心博士研究生田叢寬為共同第一作者，陳劍豪為通訊作者。上述研究工作得到了國家重點研發計劃“量子調控與量子信息”重點專項、國家自然科學基金、中國科學院戰略性先導科技專項等項目的支持。