在当今信息时代，与奇异电子结构相关的量子现象正扮演着越来越重要的角色。探索物质中的新奇电子性质一直是现代凝聚态物理学的前沿研究课题之一，它催生了一系列新的基础物理研究和应用。根据固体物理中的能带理论，固体系统的晶体结构调制着电子的能量色散关系，从而决定了电子在固体系统中的行为。一旦材料具有某一种源于晶体结构对称性的非平庸能带结构，固体系统中的电子行为和相应的电子性质就有望表现出奇异的量子特征。
动量空间中的电子平带是研究强关联现象的理想平台，它源于电子在真实空间中的强局域化。理论上在几何阻挫晶格中可以产生平带，在严格的对称性以及局域磁场或强自旋轨道耦合的作用下，平带将表现出拓扑非平凡性。kagome阻挫晶格以及人工kagome静电势场的研究，特别是与平带材料相关的研究，已经成为凝聚态物理和材料科学中一个非常重要的领域。研究人员在许多材料中都观察到了kagome晶格的存在，某些材料以范德瓦尔斯材料的形式存在，如AV3Sb5(A= K, Rb, Cs)，Pd3P2S8，团簇化合物Nb3X8(X= Cl, Br, I)。另一些材料则是非范德瓦尔斯材料，如基于黄钾铁矾的矿物材料，转角双层硅烯，一些金属有机框架材料，双元kagome金属磁体以及三元铁磁性Co3Sn2S2和YMn6Sn6。其中二元kagome金属磁体TmSnn(T= Fe, Co, Mn)由于其磁性基态和拓扑电子结构的多样性，有望可以用来寻找新关联拓扑相，近年来受到了广泛的关注。
北京航空航天大学杜轶教授课题组的张弘润博士生与冯海凤博士在Advanced Quantum Technologies上发表了题为“Recent Progress on Two-Dimensional Kagome Magnets: Binary TmSnn (T= Fe, Co, Mn)”的综述文章。该文综述了近年来kagome金属Fe3Sn2、FeSn、CoSn和Mn3Sn的研究进展。重点介绍了它们的表面结构、电子能带结构、拓扑性质以及阻挫几何结构与阻挫、拓扑磁性之间的相互作用，旨在说明kagome原子层的重要作用。TmSnn相对简单的晶体结构和金属行为有利于应用表面科学技术进行表征分析。特别是扫描隧道显微镜、扫描隧道谱和角分辨光电子能谱学等方法可以揭示该材料体系的电子结构、晶格结构，以及二者的关联。值得注意的是，虽然这些材料都含有kagome原子层，但实际块体材料中不可忽略的层间耦合会导致能带杂化，使这些材料不同程度地偏离理论预测的kagome晶格特性。随着Sn原子比例的增加，相邻kagome原子层之间的层间耦合作用减小，TmSnn在T3Sn层中更容易实现二维kagome晶格理论预测的电子特征，包括平带和相应的物理性质。这些奇异性质主要与阻挫的kagome晶格有关。本文旨在强调kagome晶格阻挫结构在电子能带结构、Berry相产生的拓扑性质，以及不寻常的磁性和磁电输运行为中的关键作用。我们认为这些强关联kagome磁性材料中磁性、强自旋轨道耦合，以及各种动量空间和实空间中非平庸拓扑性质的共存，使它们成为很有前景的探索新奇量子现象的候选材料。在这些当前成果的鼓舞下，通过应力、化学掺杂和层间耦合的修饰，进一步调制kagome阻挫晶格的拓扑电子结构，将为理解以及开发这种kagome磁性化合物提供更多的可能。
WILEY
论文信息：
Recent Progress on Two-Dimensional Kagome Magnets: Binary TmSnn (T= Fe, Co, Mn)
Hongrun Zhang, Haifeng Feng*, Xun Xu, Weichang Hao, and Yi Du*
Advanced Quantum Technologies
DOI: 10.1002/qute.202100073
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/qute.202100073