近日，理学院上海市高温超导重点实验室的国家级青年人才尹鑫茂教授等及合作者在凝聚态物理及材料领域国际著名期刊《Advanced Materials》上发表题为“Orbital hybridization-driven charge density wave transition in CsV3Sb5 Kagome superconductor”的研究性论文。主要作者包含本校师生蔡传兵教授、尹鑫茂教授、田立君教授、兼职教授陈智新、张凌峰副研究员、郭艳群副教授、周迪帆副研究员、鲍金科副研究员及2021级博士生韩淑伦、2021级硕士生刘慧敏、2018级应用物理专业本科生季嘉诚（其本科毕业设计中部分内容），以及其他单位合作者等。上海大学物理系是论文的第一完成单位和通讯单位，2021级博士生韩淑伦为第一作者。
在量子材料中，由于复杂的量子多体作用产生的对称性破缺而导致的量子相变，如高温超导相变、磁相变、长程电荷密度波（CDW）相变、玻色爱因斯坦凝聚等，是当今前沿凝聚态物理中一个非常重要的研究方向。近期科学家们发现的具有笼目（Kagome）结构的新型超导量子材料AV3Sb5（A = K, Rb, Cs）中存在的对称性破缺使其能同时展现出超导、拓扑表面态、CDW相变、电子向列相等多种复杂量子相变，从而为研究这些复杂量子现象提供了很好的平台。Kagome晶格是由正六边形和正三角形组成的一种平面密铺结构，由于其不寻常的几何特点而具有非常丰富的能带结构特征，包括平带、类石墨烯狄拉克型色散以及范霍夫奇点等，从而诱导产生一系列关联拓扑物态。其中超导态与CDW态之间总是存在错综复杂的竞争现象，探索超导与CDW之间的密切关系及其物理机制也是超导领域的关键问题之一。虽然CDW有序态在其他体系中曾有过诸多报道，但关于其内在机制的讨论仍缺乏一个统一观点。
在这篇最新论文中，尹鑫茂教授团队通过先进光谱技术-同步辐射变温X射线吸收光谱和第一性原理计算相结合的方式，首次提出了轨道杂化效应是Kagome超导体中产生CDW量子相变的驱动因素，探索了CDW的物理起源，并确定了AV3Sb5的CDW基态结构。由于V3d-Sb5p轨道杂化的驱动作用，V原子在CDW相变温度（TCDW=94 K）附近发生位移，最终晶格由原始相（Pristine）转换为逆大卫星（Inverse Star of David）结构。这一结果突出表明了Sb原子轨道在相变中所起到的关键作用，是识别Kagome超导体中量子相变关键因素的重大突破，对一系列后续研究有启发作用。该团队从轨道耦合的角度对CDW量子相变过程进行了创新性地探讨，为其他非常规量子态的轨道起源提供了新的探索性见解，同时也为进一步揭开超导态与其他有序态之间的竞争及互补机制提供了新契机。
本工作得到国家自然科学基金项目（No. 52172271）和国家重点研发计划项目（No. 2022YFE03150200），中科院战略性先导科技专项B类（No. XDB25000000）等项目支持。近年来，上海市高温超导重点实验室在非常规超导的宽波段光谱学研究、高温超导关键成材技术、强电应用和关联氧化物电子自旋等方向上形成了很好的国际化研究氛围和影响力。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202209010
