二维笼目（kagome）晶格体系材料由于其独特的晶体构型和拥有平带、范霍夫奇点和狄拉克锥等特殊的电子结构，为研究超导、电子关联以及拓扑及其相互作用提供了一个理想的平台。其中笼目超导体AV₃Sb₅ (A=K, Rb和Cs)因其新颖的电荷密度波序、向列相序以及展现出的反常霍尔效应和可能的非常规超导电性等，尤其激发了人们在笼目体系中寻找新奇物性的广泛兴趣。探索具有类似笼目结构的新材料和对其特征电子结构的表征，对理解笼目结构材料中的新奇现象和物性具有重要意义。

　　最近中国科学院物理研究所／北京凝聚态物理国家研究中心超导国家重点实验室SC7组博士杨鉴刚、解于洋等在导师周兴江研究员与赵林副研究员的指导下，由纳米物理与器件重点实验室高鸿钧院士、杨海涛研究员指导的赵振博士等提供高质量的笼目结构单晶样品，中国科学院大学苏刚教授指导的易鑫伟博士等进行第一性原理的电子能带结构计算，利用高分辨深紫外激光角分辨光电子能谱技术，对新型笼目结构化合物 CsTi₃Bi₅的电子结构进行了系统研究，观察到多重特征电子结构的共存，为笼目结构材料的研究提供了重要信息。

　　CsTi₃Bi₅与AV₃Sb₅拥有类似的晶体结构，体系具有较强的二维性。实验观测到的CsTi₃Bi₅费米面与理论计算结果高度一致，说明体系电子关联性较弱（图1）。CsTi₃Bi₅的能带结构与AV₃Sb₅相似，但相对于AV₃Sb₅，其整体能带结构上移了约0.9eV，表明通过改变(V,Ti)位的原子，这类“135”笼目材料的电子结构可以在大能量范围内实现调控。这导致在CsTi₃Bi₅中由笼目晶格特殊的电子波函数相消干涉机制导致的特征平带接近费米能级（-0.24eV）（图2c）, 第一性原理计算表明平带主要由Ti-3d_x2-y2 轨道的电子构成（图2d, 2e）。 同时，在该能量附近还发现多个狄拉克电子结构（图3），由于特殊的能带色散取向，这些狄拉克点属于第二类或第三类狄拉克点，能带计算表明由于对称性保护狄拉克点在动量空间形成了节线（图3b）。实验同时发现该材料存在表面态（图4），这与理论预期的能带反转导致的拓扑非平庸表面态相吻合。在同一个材料中发现多重非平庸能带结构共存及其可调性，这为探索和理解笼目材料的新奇现象和物性提供了一个新的平台。

　　相关研究成果发表在近期的Nature Communications上 [Nature Communications 14, 4089 (2023)]。上述科研工作得到国家自然科学基金委、科技部和科学院先导B项目等基金的资助。

相关工作链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-023-39620-0

图1：CsTi₃Bi₅晶体结构(a,b),测量的费米面(d,e)与能带计算的费米面(h,i)

图2：Kagome平带的观测

图3：费米能级附近发现的狄拉克电子结构

图4：观测到的拓扑非平庸表面态