表面轨道序的发现与能谱指纹

本文由松山湖材料实验室等多个研究团队合作，报道了在金属间化合物Tb2CoAl4Ge2中首次实验证实表面d轨道序的存在。背景上，轨道序概念自20世纪30年代提出，但在强关联电子系统中其主导作用和直接实验证据长期缺失，常与晶格、自旋和电荷序纠缠。研究目的在于明确轨道序的特征信号并证实其独立驱动作用。通过结合线二色性角分辨光电子能谱、扫描隧道显微镜/谱、中子衍射、第一性原理计算及平均场理论分析，作者在材料表面观测到费米面四重对称性破缺为二重对称性，并发现轨道极化及各向异性能带劈裂，证实了铁轨序的存在。研究进一步排除了结构和磁性起源，证明轨道序形成温度远高于反铁磁和结构相变温度，起到驱动表面向列相转变的主导作用。结论是，该工作首次给出了轨道序的确凿能谱证据，定义了轨道序的特征指纹（费米面形变、轨道分裂、轨道极化），并建立了联合ARPES技术作为直接表征轨道序的实验标准，对理解强关联电子系统具有重要意义。