物理学家在平带量子材料研究中取得新进展。赖斯大学物理学家Qimiao Si团队与以色列魏茨曼科学研究所研究人员合作，直接观测到平带体系中的关键电子载体——紧凑分子轨道（compact molecular orbitals）。研究指出，这类轨道在电子运动被显著抑制、相互作用效应突出的材料中，可能主导其异常量子行为。相关论文已发表于《自然物理》。

平带材料的一个核心特征是电子动能被压低。Si表示，在平带材料中，电子运动会受到破坏性干涉的影响，从而被有效抑制。研究团队同时强调，这类材料还具有拓扑性质，即在保持对称性的连续形变（如弯曲或拉伸）下，其某些特性仍可保持不变。

论文共同第一作者、赖斯大学研究生Mounica Mahankali在文中解释称，电子运动会受到可由拓扑数学概念刻画的全局效应影响；在特定电子态配置下，当电子态空间沿闭合路径循环回到起点时，会获得非零的绕数。

在此前发表于《科学进展》的一项工作中，Si提出理论框架，讨论拓扑如何影响关联物理，即电子相互作用如何决定电子在体系中的组织方式。该理论聚焦于量子临界点——量子材料中的转变点。Si团队据此提出，可通过紧凑分子轨道来探测相关现象，并将其视为平带材料中平带的载体。不过，Si也指出，在获得实验验证前，这一设想仍属于假设。

研究的实验验证来自与魏茨曼科学研究所教授Haim Beidenkopf的合作。Si在加州大学圣塔芭芭拉分校卡夫利理论物理研究所联合访问期间与Beidenkopf交流。Beidenkopf长期使用原子分辨率光谱仪对量子材料进行成像研究，并正在开展平带材料相关实验。双方随后确认，该实验体系可用于检验紧凑分子轨道是否确实支配材料的异常物理性质。

在实验部分，Beidenkopf团队利用原子分辨率光谱技术研究了一种高度关联金属Ni3In。研究人员选择Ni3In，部分原因在于其潜在实际应用价值；团队认为，厘清其异常电子性质的机制可能为高温超导研究提供线索。

Beidenkopf表示，研究结合原子尺度光谱技术与材料特定的分析建模，探测了kagome金属Ni3In中电流的空间分布。通过对空间分布的解析，团队追溯了该化合物异常量子临界行为的kagome平带起源，并观察到与紧凑分子轨道预期一致的精细空间分布。

研究团队称，实验数据不仅证实了紧凑分子轨道的存在，也在Si的理论框架下帮助识别了与量子临界态相关的kagome结构。Si表示，这项合作在实验上证明了紧凑分子轨道是支撑高度激发量子临界物质状态的载体，并称相关结果为高温超导研究带来新的线索，同时为潜在量子应用提供了新的研究方向。