北京
探索新奇量子態一直是現代凝聚態物理的重要前沿。在量子材料中，環電流序是一種描述電子在晶格內部自發形成穩定的閉合電流回路的奇特量子物態。由于環電流序伴隨時間反演對稱性的自發破缺，它長期以來被認為可能與一系列非常規量子現象密切相關。盡管過去多年中，科學家已在銅氧化物、蜂窩晶格等體系中持續探索這一物態，但無論在實驗還是理論層面，環電流序能否在真實量子材料中穩定存在、其主導微觀機制究竟是什么，始終存在著爭議。
圍繞環電流序的微觀起源與形成機制，中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心胡江平研究員及博士生占俊，聯合中國科學院理論物理研究所吳賢新研究員、周森研究員，以及波士頓學院汪自強教授等，在籠目晶格中開展了系統研究。研究團隊發現，在純子格型范霍夫填充附近，籠目晶格獨特的幾何和電子結構會產生三個具有子格極化特征的范霍夫奇點。系統分析表明，連接不同范霍夫奇點的有限動量（M 點）電子散射可顯著增強電荷鍵序漲落，這一行為與正方、三角和蜂窩晶格中的情況均明顯不同。
圖 無自旋相互作用籠目模型在純子格型范霍夫填充下的相圖（a），以及代表性 3Q-LCO 在最近鄰與次近鄰鍵上的實空間電流構型（b）。
進一步結合籠目晶格的幾何阻挫特性，研究團隊指出：最近鄰鍵上的漲落主要表現為實的電荷鍵序分量，而次近鄰鍵上的漲落則具有顯著的虛部成分，對應于電流序漲落。這表明，在特定電子填充附近，籠目晶格天然具有較強的電流漲落傾向。在此基礎上，研究人員從純子格型范霍夫填充附近的有效無自旋相互作用籠目晶格模型出發，系統考察了最近鄰與次近鄰非局域庫倫排斥相互作用下的低能不穩定性，并采用無偏的泛函重整化群方法，統一追蹤電荷序、超導序等多個競爭通道的漲落演化。結果表明：隨著次近鄰庫倫排斥相互作用增強，虛電荷鍵序相關漲落被顯著放大；在子格干涉效應與籠目幾何挫折的協同作用下，常見競爭序——例如在位電荷密度波——被有效壓制，最終系統穩定進入一個具有時間反演對稱性破缺特征的 2×2 電子環流序基態（圖）。這些結果為理解籠目金屬材料中豐富多樣的關聯基態提供了新的視角。
該工作首次利用無偏的多體計算方法，在籠目晶格模型中得到了穩定的 2×2 環電流序多體基態，并明確揭示了其背后的微觀機制：子格干涉效應與籠目晶格獨特幾何結構能夠協同增強電荷鍵序漲落，在非局域相互作用驅動下，使環電流序成為系統的主導基態。本研究成果發表于 Phys. Rev. Lett. 136, 126001 (2026)。論文合作者還包括中國科學院理論物理研究所博士生傅瑞慶，以及德國維爾茨堡大學的 Hendrik Hohmann、Matteo Dürrnagel 和 Ronny Thomale 教授。胡江平研究員與吳賢新研究員為共同通訊作者。該工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金以及中國科學院相關項目的資助。
編輯：endlesscliff
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