Kagome晶格因特殊的二维结构而具有一些独特的物理性质和拓扑性质，其自旋系统由于晶格结构造成的强烈竞争作用而表现出许多有趣的磁性行为，如自旋液体、拓扑自旋子和磁振子等。其中Kagome超导体AV3Sb5(A=K, Rb, Cs)的发现，使其成为研究超导电性、几何阻挫、多种电荷序相互作用以及非平庸拓扑态的重要平台。在量子院的大力支持下，陈朝宇研究员团队长期致力于拓扑能带的ARPES研究，物理系副教授梅佳伟团队长期致力于阻挫晶格的磁性研究，两个团队紧密合作并取得多项研究成果。

1. Physical Review B：Dirac nodal lines and nodal loops in the topological kagome superconductor CsV3Sb5

2022年8月，团队在Physical Review B上发表了以“Dirac nodal lines and nodal loops in the topological kagome superconductor CsV3Sb5”为题的工作，并被选为编辑推荐。

系统地揭示钒基Kagome材料AV3Sb5 (A=K, Rb, Cs) 体系的电子结构是理解该体系中的新奇物性（比如反常霍尔电导和手征CDW）的基础。在当前的理论工作重点着眼于范霍夫奇点的背景下，本工作聚焦于其非平庸的拓扑物态。通过角分辨光电子能谱实验和DFT计算相结合，团队在CsV3Sb5中观测到了靠近费米能级处存在的多条沿着kz方向的Dirac nodal line和一组在A-H-L面内的nodal loop，从而确定其为一种Dirac nodal line半金属。

此外，第一性原理分析表明，这组nodal loop可能是实验中观测到的反常霍尔电导信号的重要来源之一。研究结果不仅为这一体系的能带结构的拓扑分类提供了清晰的图像，而且还表明拓扑nodal loop在其输运行为中所起的重要作用。

图1. CsV3Sb5的ARPES结果和DFT结果

该研究成果中，共同第一作者是南方科技大学物理系博士生郝占阳、量子院博后蔡永青、物理系博士生刘以轩以及量子院博士生王渊，北京航空航天大学王建峰副教授、南方科技大学物理系梅佳伟副教授和量子院陈朝宇研究员为共同通讯作者。南方科技大学为论文的第一单位。

文章链接：https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.106.L081101

2. Chinese Physics Letters：Flat Band and Z2 Topology of Kagome Metal CsTi3Bi5

2023年2月，团队在Chinese Physics Letters上发表了以“Flat Band and Z2 Topology of Kagome Metal CsTi3Bi5”为题的工作。该工作结合角分辨光电子能谱和第一性原理计算，在Kagome金属CsTi3Bi5中观测到了平带和非平庸的拓扑能带结构。极低温输运结果表明，该体系与同构的CsV3Sb5相比，在85mK以上不存在超导现象和电荷密度波相变。这些结果为研究Kagome晶格材料中的超导和非平庸拓扑提供了新的思路和启发。

图2. CsTi3Bi5的晶体结构和能带

在该研究成果中，共同第一作者是量子研究院博士生王渊、物理系博士生刘以轩、郝占阳、程文静、中科院物理所博士生邓竣泽，量子研究院的博士后蔡永青、物理系梅佳伟副教授和量子研究院陈朝宇研究员为共同通讯作者。南方科技大学为论文的第一单位。

论文链接：https://cpl.iphy.ac.cn/10.1088/0256-307X/40/3/037102

3. Advanced Electronic Materials：Type-II Dirac Nodal Lines in a Double-Kagome-Layered Semimetal

2023年4月，团队在Advanced Electronic Materials上发表了以“Type-II Dirac Nodal Lines in a Double-Kagome-Layered Semimetal”为题的工作。该工作结合角分辨光电子能谱实验和DFT计算，对双笼目层材料CsV8Sb12的电子结构进行了系统研究，揭示了该材料体系的独特电子特性，包括多个Type-II狄拉克线节点、相互作用的准一维能带和范霍夫奇点，证实了CsV8Sb12是一种Type-II狄拉克节线半金属，并且这些Type-II狄拉克节线受到镜面对称性的保护。

此外，团队还观察到CsV8Sb12表现出非饱和磁阻行为，这可能是由Type-II狄拉克锥引发的电子和空穴费米口袋的共存所致。通过DFT计算，团队发现位于费米面附近的Type-II狄拉克锥会产生很大的自旋贝里曲率，使其成为探索手性异常、Klein隧穿效应、分数量子霍尔效应等新颖输运性质的理想平台。该工作证明了CsV8Sb12是研究单笼目层金属CsV3Sb5中新奇电子特性和独特性质的载体。Type-II狄拉克节线，在塑造材料的输运响应方面起着重要作用，值得进一步进行理论和实验研究。

图3. CsV8Sb12中发现的Type-II节线

在该研究成果中，共同第一作者是量子研究院博士后蔡永青、北京航空航天大学副教授王建峰、量子研究院博士生王渊、物理系博士生郝占阳、刘以轩，北京航空航天大学王建峰副教授、物理系梅佳伟副教授和量子研究院陈朝宇研究员为共同通讯作者。南方科技大学为论文的第一单位。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aelm.202300212

4. Physical Review Metarials：Doping evolution of superconductivity, charge order, and band topology in hole-doped topological kagome superconductors Cs(V1−xTix)3Sb5

2023年6月，团队再次在Physical Review Metarials 上发表了以“Doping evolution of superconductivity, charge order, and band topology in hole-doped topological kagome superconductors Cs(V1−xTix)3Sb5”为题的工作。该工作聚焦于研究Kagome超导体CsV3Sb5中电荷序和超导态的起源问题。通过V位的Ti掺杂实现对CsV3Sb5中的电荷密度波、超导态和能带结构的调控，揭示了电荷密度波序和超导态之间的竞争关系，发现电荷密度波起源于范霍夫奇点的费米面嵌套和电声子耦合的共同作用，并通过拟合不同掺杂浓度下超导转变温度Tc和Sb能带有效质量，指出CsV3Sb5中超导态很可能是s波配对机制。这一研究揭示了电荷密度波序的起源和可能的超导配对机制，为理解CsV3Sb5中的新奇电子态提供了重要指导。

图4. 不同掺杂浓度下的Cs(V1−xTix)3Sb5的能带演化和超导相图

该工作中，南科大物理系博士生刘以轩、郝占阳，量子院博士生王渊和博士后蔡永青为共同第一作者。北京航空航天大学王建峰副教授、南科大量子院陈朝宇研究员和南科大物理系梅佳伟副教授为共同通讯作者。南方科技大学为论文的第一单位。

论文链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevMaterials.7.064801

5. Chinese Physics B：Spin reorientation in easy-plane kagome ferromagnet Li9Cr3(P2O7)3(PO4)2

此外，南方科技大学量子院、物理系副教授梅佳伟团队在类笼目材料的磁性研究中取得新的进展，2023年3月以“Spin reorientation in easy-plane kagome ferromagnet Li9Cr3(P2O7)3(PO4)2”为题发表在Chinese Physics B上。

该工作揭示了易面铁磁体Li9Cr3(P2O7)3(PO4)2在垂直磁场下自旋重排的过程，该过程可以类比为磁振子的玻色-爱因斯坦凝聚现象。磁振子的玻色-爱因斯坦凝聚相边界的决定因素是温度临界点Tc与磁场强度B之间的关系，具体表达式为Tc~|B-Bc|^d/2，其中d是系统的空间维度。该团队通过对类笼目易面铁磁体Li9Cr3(P2O7)3(PO4)2的磁性相图分析，发现在饱和临界场附近的相边界满足Tc~|B-Bc|的线性关系，表明该材料体系有望实现二维磁振子的玻色-爱因斯坦凝聚，其观测到的自旋重排相变对于理解磁场诱导的磁构型的量子相变具有重要意义。

图5. Li9Cr3(P2O7)3(PO4)2 的晶体结构和磁相图（B//c轴方向）

该工作的第一作者为南科大量子院的硕士毕业生董元浩，通讯作者为南科大量子院、物理系梅佳伟副教授。

论文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1674-1056/acc2b3

以上5项工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委、广东省科技厅、深圳市科创委、北京计算科学研究中心和南方科技大学分析测试中心等项目和平台的大力支持。