在强关联体系中，电子可以协同运动形成循环微观电流，并自发破坏时间反演对称性，该现象称为环电流序（LCO）。这种奇异的量子态LCO可能与赝能隙相关，还能在蜂窝晶格中诱导量子反常霍尔效应，成为拓扑量子物态研究的重要模型。但LCO能否稳定存在长期存争议；笼目金属AV3Sb5可能实现独特的环流序，其实现条件与微观机理仍亟待研究。近日，中国科学院理论物理研究所与物理研究所等，围绕这些问题开展了研究。

研究发现，在纯子格型范霍夫填充附近，笼目晶格独特的几何和电子结构导致三个子晶格极化的范霍夫奇点。分析表明，连接不同范霍夫奇点的有限动量电子散射增强了电荷键序涨落，这一行为与正方、三角和蜂窝晶格中的强在位电荷涨落‌不同。研究结合该晶格的几何阻挫特性发现，最近邻键以实电荷涨落为主，而次近邻键则呈现显著的虚电荷涨落。这表明笼目晶格具有本征的强电流序涨落。

研究进一步以纯子格型范霍夫填充附近的有效无自旋相互作用笼目晶格模型为出发点，采用无偏的泛函重整化群多体方法，考察最近邻与次近邻非局域库伦相互作用下的低能不稳定行为。结果发现，当次近邻库伦排斥相互作用增强时，虚键序相关涨落被放大；在子晶格干涉和笼目几何阻挫的协同机制下，常见的竞争序如在位电荷密度波被压制，形成具有时间反演对称性破缺特征的2×2电子环流序基态。研究还得到向列型电荷密度波、电荷键序与𝑓波超导等竞争相，并解析了它们的物理起源及演化关系。此外，在有自旋的模型中，电子环流序的涨落可增强手性超导配对。这为理解笼目金属材料中丰富多样的关联基态提供了新视角。

该工作利用无偏的多体计算，在笼目晶格上实现了2×2 LCO多体基态，并揭示其微观机制——子晶格干涉效应与笼目晶格独特几何结构协同增强电荷键序涨落，在非局域相互作用驱动下促使LCO成为系统基态。这一结论将LCO从唯象设想推进为可在理论模型中实现的真实量子物态，为理解笼目金属中时间反演对称性破缺现象提供了理论支撑，并提出通过子格干涉效应与晶格几何协同促进LCO形成的普适机制，为探索更广泛量子材料中的非常规电荷序与多体关联态提供了启示。

相关研究成果发表在《国家科学评论》（National Science Review）和《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院相关项目的支持。

论文链接：1、2

来源：理论物理研究所

编辑：杨越

审核：雷建树