特別說明：本文由學研匯技術中心原創撰寫，旨在分享相關科研知識。因學識有限，難免有所疏漏和錯誤，請讀者批判性閱讀，也懇請大方之家批評指正。電荷密度波（CDW）是一種狀態：金屬中的電子電荷密度受到空間調制并對晶體施加新的晶格周期性，從而導致母相電子帶的重組。對于弱電子相關的AV3Sb5，因為異常霍爾效應（圖1），CDW可以共存并與無磁性的超導競爭。該效應是由布里淵區（BZ）的M-L和M-M（圖2）點之間的vHSs的費米表面嵌套引起的，并且可能存在循環電流的時間反轉對稱破壞手性通量階段。在與電子強相關的氧化銅和鎳酸鹽中，CDW和相關的晶格畸變總是作為磁性的前兆出現，在遠高于磁性順序的溫度或與磁性順序同時發生。但目前，還未有耦合CDW和磁序的案例，其中CDW出現在遠低于磁序溫度的溫度下。在具有Kagome晶格的金屬中，最近鄰電子跳躍的相消相位干擾可以誘導平坦的電子帶。當平帶接近費米能級EF時，強電子相關性可以誘導磁序。基于此，美國萊斯大學Xiaokun Teng等報告了在TCDW?≈?100? K以下的FeGe的AFM相內發現短程CDW，其波矢(Qs)與AV3Sb5相同。發現FeGe中的CDW增強了共線AFM順序并誘導了類似于AV3Sb5的異常霍爾效應，與循環電流的手性通量相一致。相關工作以《Discovery of charge density wave in a kagome lattice antiferromagnet》為題在Nature上發表論文。圖1. FeGe中通量相的晶體和磁性結構、相圖、樣品表征和示意圖圖2. BZ，傾斜的AFM結構，中子衍射數據和[H,?0,?L]平面中的示意圖kagome晶格具有破壞性干擾引起的平帶和vHSs。對于FeGe，順磁狀態下費米能級EF處的kagome衍生平帶可以將系統驅動到TN以下的反鐵磁耦合鐵磁平面。在每個鐵磁層中，磁序打破了電子能帶的簡并性，分裂了隨溫度變化的自旋占多數和自旋少數電子帶，從而使vHSs嵌套以形成CDW成為可能。因為隨著溫度向TCDW降低的磁矩順序，這也導致了vHSs從更高的結合能向費米能級EF的轉變（圖3）。在零場下，出現在TCDW下方的每個鐵磁kagome平面中產生手性循環電流與c軸對齊和反對齊磁場，從而增強了鐵有序矩。因為循環電流在兩個相鄰的鐵kagome層中具有相反的方向，所以循環電流不會產生凈磁化，因此沒有反霍爾效應。當應用c軸場時，存在兩種效果：（1）自旋觸發器過渡，其鐵矩方向從沿c軸變為主要是面內方向和(2)的循環電流調制有利于產生凈磁化的磁場方向。當外加場的塞曼能量小于對齊c軸矩的自旋各向異性能量時，將不會發生自旋觸發器躍遷，系統本質上與沒有反霍爾效應的零場狀態相同。研究確定了FeGe中的一個kagome金屬系統，其中強電子相關性導致磁序、拓撲、CDW和AHE的豐富相互作用。發現的CDW獨特地出現在一個結構良好的磁序中并與其強烈耦合，這與銅酸鹽和鎳酸鹽中的條紋相不同，為探索強相關中的新興現象提供了一個新平臺拓撲材料。
圖3. CDW和磁峰的階參數、CDW峰的線形和STM結果
Xiaokun Teng et al. Discovery of charge density wave in a kagome lattice antiferromagnet. Nature, 609, 490–495 (2022).
DOI: 10.1038/s41586-022-05034-z
https://www.nature.com/articles/s41586-022-05034-z
