​北京师范95后校友一作兼通讯，强强联手，最新Nature Materials！！

【科学背景】

电子向列有序是指量子态打破了晶体的旋转对称性，同时保持了平移对称性，这种现象在凝聚态物质中普遍存在。这类相的出现通常与多体相互作用密切相关，但其具体的物理机制和实验观测却一直是研究的难点。

理论上来说，朗道费米液体理论提出了Pomeranchuk不稳定性的概念，即电子态的固有不稳定性可以导致费米面的形变和点群对称性的破缺。然而，实际材料中的多个自由度（如自旋、轨道、晶格等）的复杂相互作用使得费米面形变的直接观测成为一项具有挑战性的任务。

近年来，kagome结构材料因其丰富的相图引起了广泛关注，包括超导性、非常规电荷密度波和电子向列性。特别是在ScV6Sn6这种kagome金属中，研究者们直接通过扫描隧道显微镜技术观察到了一种单元内的向列有序。这种有序不同于其他kagome材料中观察到的破缺对称有序，它在打破晶格的旋转对称性的同时保持了平移对称性，这为研究提供了一个新的视角。

为了填补这一知识空白，普林斯顿大学物理系M. Zahid Hasan教授，江玉晓博士，新加坡南洋理工大学Sen Shao, 上海科技大学Wei Xia，瑞士苏黎世大学Michael Denner, 美国哥伦比亚大学Julian Ingham等研究者合作在“Nature Materials”期刊上发表了题为“Van Hove annihilation and nematic instability on a kagome lattice”的最新论文。本研究通过详细的实验分析，揭示了在kagome层中由Van Hove奇异点驱动的电子向列性的实验特征。研究者们不仅确认了费米面的椭圆形变，直接证明了电子介导的旋转对称性破缺，还通过温度依赖性研究确定了向列有序的临界温度范围。这些结果不仅填补了电子向列性与kagome物理之间的理论空白，还为理解相关电子系统中复杂的多体现象提供了新的实验线索。

值得一提的是，不久前，2024年4月10日，普林斯顿大学物理系M. Zahid Hasan教授团队在Nature期刊发表题为“A hybrid topological quantum state in an elemental solid”的研究论文，其中江玉晓博士生为共同第一作者。

江玉晓，普林斯顿大学博士生，专注于拓扑材料与强相关系统研究；2019年本科毕业于北京师范大学物理学系，期间于邓富国教授课题组进行创新科研训练，并赴加州大学伯克利分校访问交流学习；2019年至今于普林斯顿大学物理系攻读博士学位。

【科学亮点】

（1）实验首次观察到在kagome金属ScV6Sn6中的单元内向列有序及相关的费米面形变，揭示了在kagome晶格内旋转对称性的破坏。

（2）通过扫描隧道显微镜（STM）和扫描隧道光谱（STS）技术，研究发现了条纹状的向列有序，这种有序保持了晶格的平移对称性，但打破了旋转对称性。此外，研究表明Van Hove奇异点（VHS）在布里渊区的特定方向上出现，并在其他高对称性方向上消失，显示了电子态的不稳定性。

（3）温度依赖性研究显示，kagome层的向列有序在70K以下开始出现，并在50K时持续存在。傅里叶变换分析表明，kagome层的Bragg峰展现出明显的各向异性特征，直接反映了向列条纹调制的存在。

（4）我们还观察到费米面附近的椭圆形变，提供了电子介导的旋转对称性破坏的直接证据。此结果为kagome晶格中VHS驱动的电子向列性提供了实验支持。

（5）ScV6Sn6的结构特征以及CDW与晶格不稳定性的关系也被探讨，数据表明CDW主要由Sn和Sc层的晶格不稳定性驱动，而与kagome晶格关系不大。

【科学图文】

图 1：在ScV6Sn6中，晶胞内向列序和电荷密度波charge density wave，CDW。

图 2：电子向列性证据。

图 3：观察范霍夫奇点Van Hove singularity，VHSs及其湮灭。

图 4：低能电子态的形变。

图 5：向列不稳定性，对ScV6Sn6电子结构的影响。

【科学结论】

本文的研究为理解相关材料中的电子向列性提供了新的视角，尤其是kagome结构中如何实现对称性破缺。首先，通过直接成像kagome金属ScV6Sn6中的单元内向列有序，揭示了电子态在多体相互作用下的复杂行为。这一发现不仅展示了条纹状向列有序如何打破旋转对称性，还强调了其保持平移对称性的独特性。这一特征为探索新的量子相提供了重要线索。

其次，研究中观察到的Van Hove奇异点及其在费米面附近的表现，表明了电子态的不稳定性是如何引发向列有序的。这一机制的揭示强调了材料中电子结构的重要性，特别是在低维材料和复杂晶体结构中，费米学的研究能够为理解材料的相变和自发对称性破缺提供基础。

此外，温度依赖性实验和光谱分析的结合，为后续研究提供了方法论上的启示。未来，研究者可以利用类似的技术手段深入探讨其他类型相关材料中的电子现象，从而推动新型功能材料的开发。

总之，本文不仅拓宽了我们对kagome材料物理的理解，还为未来研究提供了新的思路和方法。通过研究电子向列性与晶体结构之间的相互作用，我们或许能够更深入地揭示多体相互作用的本质，推动量子材料的研究与应用。

文献信息：Jiang, YX., Shao, S., Xia, W. et al. Van Hove annihilation and nematic instability on a kagome lattice. Nat. Mater. (2024). https://doi.org/10.1038/s41563-024-01914-z