2026年6月29日——超导是电流无电阻流动的现象，被视为量子计算机和下一代电力技术的核心。然而，在超导出现之前，电子究竟经历了哪些具体状态，至今尚未完全阐明。韩国科学技术院的研究人员提供了实验线索，揭示了在一种与超导现象密切相关的 Kagome 金属中，电子在超导发生前所形成的一种隐藏有序态。该团队证实，电子的环状循环有序态（环电流有序态）比电子的周期性团簇态（电荷密度波）出现得更早。

韩国科学技术院于30日宣布，由物理系的金永宽教授、韩明俊教授和李成彬教授领导的联合研究团队，通过圆二色性角分辨光电子能谱实验和理论计算发现，在 Kagome 金属 CsV3Sb5 中，时间反演对称性破缺发生的温度高于电荷密度波形成的温度。

时间反演对称性是指即使时间逆转，物理现象也保持不变的特性。这种对称性的破缺意味着材料内部的电子可能产生了一种具有特定方向性的隐藏流。

Kagome 金属是一种具有重复三角形原子排列的材料，其结构类似于日本传统篮筐编织图案“Kagome”。在这种结构中，电子之间相互作用强烈，从而产生正常金属中罕见的各种量子现象，例如电荷密度波、超导性和拓扑电子态。特别是，CsV3Sb5 在低温下同时表现出电荷密度波和超导性，这使其成为下一代量子材料研究的关键平台。

然而，关于这种材料的电荷密度波与超导性之间是否存在另一种隐藏的电子有序态，一直存在争论。尽管有多次实验报告了暗示时间反演对称性破缺的信号，但尚不清楚这种现象是电荷密度波形成的结果，还是在其之前出现的独立电子有序态。

为解决这一争论，研究团队交替使用左旋和右旋圆偏振光照射高质量的 CsV3Sb5 单晶，并精确测量了发射电子强度的差异。然后，他们消除了可能由实验装置几何结构引起的虚假信号，只分离出来自材料本身对称性破缺的内在信号。

结果，他们确认时间反演对称性破缺的信号在大约140~145 K时就已经出现，这显著高于约94 K的电荷密度波形成温度。这支持了这样一种解释：电子在形成电荷密度波形貌之前，先形成了环电流有序态——一种微观的环状流动。环电流有序态是一种电子有序态，其中电子的行为仿佛在原子晶格内沿小环路流动；这种有序态在理论上早已提出，但一直难以通过实验验证。

该团队还追踪了随着温度降低，电子结构如何变化。在高温下，出现正常的金属态；在较低的中温区，首先形成环电流有序态。随着温度进一步降低，演变为电荷密度波与环电流有序态交织的复杂状态，最终进入超导态。这项研究提出了 CsV3Sb5 中相变的层次结构，即从“环电流有序态 → 电荷密度波 → 超导性”的演变过程。

这一成果为理解超导的基本原理提供了关键线索。目前，对于超导发生前电子会形成何种有序态，以及哪些电子有序态与超导性相互竞争或合作，尚未完全了解。通过证明超导态之前存在一个时间反演对称性破缺的电子态，这项研究为理解非传统超导性提供了一个重要线索，这种超导性的作用机制与标准超导机制不同。

此外，这项研究预计将有助于理解除 Kagome 金属之外的其他超导材料中的隐藏电子有序态。特别是，它可能为解释铜氧化物高温超导体中长期讨论的超导之前奇特的电子态（赝能隙）提供参考。

金永宽教授表示：“这项研究是直接追踪 Kagome 金属电子结构内时间反演对称性破缺的结果，此前对此仅通过间接信号进行讨论。通过展示电子在达到超导态之前形成有序态的序列，我们为非传统超导性和强关联量子材料的研究提出了一个新的参考点。”

韩明俊教授补充道：“关键在于实验中观察到的圆二色性信号与环电流有序态预期的电子轨道运动模式完全吻合。这是一个通过结合实验与理论，揭示了隐藏电子有序态微观起源的案例。”