Naukowcy z Uniwersytetu Rice, we współpracy z instytucjami międzynarodowymi, potwierdzili istnienie aktywnych płaskich pasm elektronowych w nadprzewodniku CsCr3Sb5. Odkrycie to, opublikowane 14 sierpnia w "Nature Communications", stanowi eksperymentalne potwierdzenie teoretycznych przewidywań dotyczących materiałów kagome i otwiera nowe możliwości w projektowaniu zaawansowanych materiałów kwantowych, takich jak nadprzewodniki, izolatory topologiczne i elektronika spinowa.
Badania koncentrują się na metalu kagome CsCr3Sb5 na bazie chromu, który pod wpływem ciśnienia staje się nadprzewodnikiem. Metale kagome charakteryzują się dwuwymiarowymi sieciami trójkątów o wspólnych wierzchołkach, które mogą zawierać zwarte orbitale molekularne – stacjonarne wzory elektronów. Te wzory mogą potencjalnie ułatwiać niekonwencjonalne nadprzewodnictwo i nowe porządki magnetyczne. W przeciwieństwie do większości materiałów, gdzie płaskie pasma są zbyt oddalone od aktywnych poziomów energetycznych, w CsCr3Sb5 są one aktywnie zaangażowane i bezpośrednio wpływają na właściwości materiału.
Zespół badawczy wykorzystał zaawansowane techniki synchrotronowe, w tym spektroskopię fotoemisji z rozdzielczością kątową (ARPES) i spektroskopię rentgenowską z rezonansowym rozpraszaniem nieelastycznym (RIXS), wsparte modelowaniem teoretycznym. ARPES ujawniło sygnatury zwartych orbitali molekularnych, podczas gdy RIXS zmierzyło wzbudzenia magnetyczne związane z tymi trybami elektronicznymi. Wyniki te potwierdzają, że płaskie pasma dynamicznie wpływają na charakterystykę materiału.
Uzyskanie precyzyjnych danych było możliwe dzięki syntezie niezwykle dużych i czystych kryształów CsCr3Sb5, co stanowiło klucz do wiarygodności wyników. Praca ta podkreśla znaczenie badań interdyscyplinarnych, łączących projektowanie materiałów, syntezę, charakterystykę spektroskopową oraz teorię. Badania prowadzili Pengcheng Dai, Ming Yi i Qimiao Si z Uniwersytetu Rice oraz Di-Jing Huang z Narodowego Centrum Badań Synchrotronowych na Tajwanie.
Odkrycie to stanowi eksperymentalne potwierdzenie teoretycznych koncepcji, pokazując, jak złożona geometria sieci kagome może być wykorzystana do kontrolowania zachowania elektronów w ciałach stałych. Identyfikacja aktywnych płaskich pasm umożliwiła zespołowi wykazanie bezpośredniego związku między geometrią sieci a emergentnymi stanami kwantowymi, otwierając nowe ścieżki dla inżynierii egzotycznego nadprzewodnictwa poprzez kontrolę chemiczną i strukturalną.