2026年3月20日——在最新发表于《自然·物理学》的研究中，莱斯大学齐缪欧·司团队与魏茨曼科学研究所合作，成功实现了平带量子材料基本构成单元的可视化。

“在平带材料中，电子运动会经历相消干涉现象，”莱斯大学物理学与天文学系Harry C. and Olga K. Wiess讲席教授、极端量子材料联盟主任司教授解释道。

这些平带材料还具有拓扑特性，即使材料以任何保持对称性的方式连续弯曲或拉伸，其性质仍能保持不变。

“电子运动受到拓扑数学概念所描述的全局效应影响，”论文共同第一作者、研究生莫妮卡·马汉卡利表示，“电子态的配置方式使得当电子态历经状态空间回到起点时，会获得非零的绕数。”

当司教授提出能够研究拓扑如何影响关联物理（即决定电子在系统中组织方式的电子相互作用）的理论时，他表示这项理论为探索拓扑与关联物理之间的相互作用开辟了新视角，这令他倍感振奋。该理论此前发表于《科学进展》，其核心在于量子临界点——司教授认为可以通过紧凑分子轨道（即平带材料中代表平带的媒介）来探究量子材料中的这一转变点。

“可以想象成一条高速公路：右车道是停滞的拥堵车流，左车道则是畅行无阻的快车流，”司教授比喻道。在此场景中，司机会变换车道——向右变道准备驶出高速，或向左变道避开拥堵。右车道代表固态、阻滞的有序状态；左车道则是快速流动的液态。随着车辆变道，车道状态也随之改变。最终会达到一个临界点：每条车道都可能进入拥堵或畅行状态，具体取决于车辆运动。通过研究量子临界点处的紧凑分子轨道（即拥堵车道），司教授从理论上推断可以获知畅行状态的信息。

“尽管我们的理论极具吸引力，但在实验验证之前它仍只是假说，”司教授强调。

司教授与以色列魏茨曼科学研究所的海姆·贝登科夫教授在加州大学圣巴巴拉分校卡弗里理论物理研究所共事期间相识。作为量子实验专家，贝登科夫教授专长于使用原子分辨率光谱仪对量子材料进行成像。他当时已在开展平带材料实验，而两人的交流表明，该实验独具优势，可验证假设的紧凑分子轨道是否确实是其奇异物理性质的根源。

实验中，贝登科夫团队使用原子分辨率光谱仪研究了一种名为Ni3In的高关联金属（具有高度活跃电子的材料）。选择Ni3In是因其潜在应用价值——解析其异常电子特性的机制可能为高温超导性研究提供新见解。

“本研究结合原子尺度光谱学与材料特异性分析建模，探测了kagome金属Ni3In中电流进出时的空间分布特征，”论文通讯作者贝登科夫表示，“由此我们揭示了该化合物中异常量子临界行为的kagome平带起源，并证实了紧凑分子轨道导致的空间分布特征。”

实验数据不仅证实了紧凑分子轨道的存在，通过应用司教授的理论，研究人员还确定了导致量子临界态的kagome结构。

“这项合作通过实验证明，紧凑分子轨道是物质高度活跃量子临界态的微观载体，”司教授总结道，“这为理解高温超导性提供了新视角，并为新型量子应用开辟了道路。”