近期，強磁場中心和中科大雙聘教授陸輕鈾與中科大曾長淦教授合作，首次在具有平帶結構的Fe₃Sn₂晶體中，獲取了鐵磁結構研究的重要進展，并且結合理論闡述了其高溫鐵磁機制。　　

　　在電子能帶理論中，固體能帶結構是通過解電子在周期勢中運動的單電子薛定諤方程而得到。通過設計恰當的晶格結構，許多重要的能帶結構被創造了出來，例如，線性耗散的狄拉克能帶。平帶是具有高度簡并及無耗散的多重電子態，蘊藏著許多奇異的量子效應，比如，局域化導致的超重電子、高溫分數量子霍爾效應、高溫超導等。雖然提出了許多制造平帶的晶格幾何圖，但到目前為止，還沒有在真實的材料中實現明顯的平帶結構。 

　　如圖1，Fe₃Sn₂晶體由兩個Fe-Sn層和一個Sn層周期排列構成，其中每兩個Fe-Sn層被一個Sn層分隔開，并且每個Fe-Sn層的Fe原子構成Kagome晶格（一種竹籃的交錯對稱、角共享的三角形編織圖案）。研究發現，電子布洛赫波函數干涉相消導致電子被束縛在Fe原子構成的Kagome晶格中，進而導致近乎無色散的平帶。 通過對Fe₃Sn₂磁性性質的測量，合作組發現在2K時每個Fe原子的飽和磁矩大約為1.94 μB 而且其居里溫度大概在610K。分子內交換作用形成的局域磁矩通過Kagome晶格中獨特的六角單元形成鐵磁耦合。通過SHMFF自主研制的磁力顯微鏡（MFM）的高靈敏成像研究，合作組直接觀察到了Fe₃Sn₂的表面磁性結構（見圖2），其表面磁疇成清晰的條紋狀，證明了Fe₃Sn₂表面附近存在長程的鐵磁序。 

　　該研究第一次展示了真實準二維Kagome晶格材料Fe₃Sn₂中平帶的存在，并且為相應晶格驅動的長程鐵磁序的存在提供了直接觀測證據。未來對平帶電子結構的進一步調控研究，包括費米面位置調節、磁結構調控等，將有可能實現其它在拓撲量子計算方面有應用前景的新奇量子態。 

　　相關研究論文以“Flatbands and Emergent Ferromagnetic Ordering in Fe₃Sn₂ Kagome Lattices”為標題，并作為“封面論文”以及“編輯推薦（Editors’ Suggestion）論文”發表在Physical Review Letters【121, 096401(2018)】上。 

　　上述研究工作得到了國家自然科學基金委、科技部、教育部以及量子信息與量子科技前沿協同創新中心的資助。 

　　論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.121.096401。 

　　圖1.（a）Kageme lattice中正六邊形結構上的波函數示意圖。（b），（c）塊材Fe₃Sn₂結構的俯視圖及側視圖。（d）Fe₃Sn₂截面圖的TEM圖像。（e）Fe₃Sn₂的大范圍STM圖像 

　　圖2.（a）Fe₃Sn₂的AFM圖像。（b）大范圍MFM圖像。（c）圖b中紅色區域MFM圖像