科学家们发现了新的电荷密度波，其有序磁性排列至关重要

2022年发现磁性铁锗晶体中的电子可以自发地、集体地将其电荷组织成驻波图案，物理学家对此感到惊讶。磁性也源于电子自旋到有序模式的集体自组织，而这些模式很少与产生电子驻波的模式共存，物理学家称之为电荷密度波。
在本周发表在《自然物理学》（Nature Physics）上的一项研究中，英国和美国科学家们提出了一系列实验证据，表明他们的电荷密度波发现更为罕见，在这种情况下，磁序和电子序并不简单地共存，而是直接联系在一起。
铁锗材料是kagome晶格晶体，这是一个备受研究的材料家族，其特点是原子的二维排列，让人联想到传统日本kagome篮中的编织图案，其特征是在角落处接触的等边三角形。
科学家们表示：“最近这种材料在量子材料领域掀起了一场风暴。这种结构最酷的一点是，几何结构对电子放大的方式施加了有趣的量子约束，有点类似于交通环岛如何影响交通流，有时会使其停止。”
本质上，电子彼此回避。他们这样做的一种方式是，让他们的磁态自旋指向上或下与邻居自旋相反的方向。共同通讯的研究作者说，“当电子被放置在kagome晶格上时，电子也可以出现在被卡住的状态，并且由于量子干涉效应而无法到达任何地方。”当电子不能移动时，三角形排列会产生一种情况，即每一个都有三个相邻的自旋，并且电子无法在相反的方向上对所有相邻的自旋进行集体排序。Kagome晶格材料中电子的固有特性已被认识到。
晶格限制电子的方式“可能对材料的可观察财产产生直接影响”，科学家们能够利用这一点“深入探讨铁锗中磁性和电荷密度波交织的起源”。他们采用了在ORNL进行的非弹性中子散射实验和在LBNL的先进光源和SLAC的斯坦福同步辐射光源分辨光发射光谱实验的组合。科学家们“当电荷密度波形成时，这些探针使我们能够观察电子和晶格的作用。”“这是极少数（如果不是唯一）已知的kagome材料的例子之一，其中磁性首先形成，为电荷排列铺平了道路。”
“作为物理学家，当我们发现自发形成某种秩序的材料时，我们总是很兴奋。”她说。“这意味着我们有机会了解量子材料基本粒子的自组织能力。只有这样的理解，我们才能有一天设计出我们可以随意控制的具有新颖或奇异量子材料。”