電子也能搭晶格！港科大（廣州）李昊翔與周桐研究團隊首次實現40年理論預言的dice平帶，成果發表於Nature Communications

近日，香港科技大學（廣州）功能樞紐先進材料學域李昊翔與周桐研究團隊在《自然·通訊》（Nature Communications）發表研究論文：「Experimental realization of dice‑lattice flat band at the Fermi level in layered electride YCl」 （Nat. Commun. (2026) DOI: 10.1038/s41467-026-69049-0）。該工作首次在電子化合物中通過陰離子電子實現dice晶格，並發現dice電子平帶，為研究強關聯量子物態提供了理想平台。香港科技大學（廣州）為論文第一單位。

文章題目

Experimental realization of dice‑lattice flat band at the Fermi level in layered electride YCl

作者信息

李昊翔課題組博士生耿松源為論文第一作者，香港科技大學（廣州）先進材料學域李昊翔助理教授與周桐助理教授為本文共同通訊作者。其他作者如王信、郭日思、邱晨、陳方傑、王群、李康傑等以及科羅拉多大學、合肥同步輻射光源與英國Diamond光源的合作者們也為本研究做出顯著貢獻。

論文鏈接

https://doi.org/10.1038/s41467-026-69049-0

資助致謝：

本研究工作得到了國家自然科學基金、廣東省科技廳、廣東省自然科學基金等機構與項目的資助。特別感謝香港科技大學（廣州）材料表徵和製備中央實驗室（MCPF）、現代物質實驗室（MML）與綠色e材料實驗室（GeM）為本研究工作的開展提供的重要幫助。

研究背景

平帶（flatband）電子已成為近年來凝聚態物理研究的重要前沿之一。當平帶位於費米能級附近時，電子–電子相互作用被顯著增強，從而為非常規超導、磁性有序、拓撲量子態及分數量子霍爾效應等強關聯現象的產生提供了理想平台。儘管平帶結構已在kagome晶格和摩爾超晶格等體系中得到實驗驗證，但這些體系普遍伴隨較高的結構或能帶複雜性；相比之下，拓撲性質更為豐富且能帶結構更為簡潔的dice晶格自1986年提出以來，始終未能在真實材料中實現。這使dice平帶結構長期僅停留在理論層面，成為凝聚態物理領域中一個持續近四十年的關鍵空白。

研究成果簡介

利用電子化合物（electride）中自發形成的間隙陰離子電子晶格，港科大（廣州）研究團隊提出並實驗驗證了一條構築dice晶格的全新策略。該團隊以電子化合物YCl為研究原型，通過角分辨光電子譜（ARPES）實驗，首次在真實晶體材料中，直接觀測到dice平帶電子結構。實驗測得的能帶結構與dice晶格緊束縛模型高度吻合，填補了自1986年dice晶格模型提出以來持續近四十年的實驗空白。另外，該工作所實現的dice晶格體系在低能尺度上展現出高度簡潔且可控的電子結構，為研究平帶條件下的關聯量子現象，包括拓撲磁有序、非常規超導及分數量子激發等，提供了理想平台。

更為重要的是，區別於傳統原子晶格，本工作開創了一種「以電子構築晶格」的研究方向。在電子化合物中，遠離原子而半局域在層間間隙的電子，可作為穩定且周期性排列的「晶格構築單元」。在不破壞原晶體對稱性的前提下，這些間隙中的電子可自主形成電子晶格並主導電子能帶結構。這種「以電子構築晶格」的創新思路，突破了常規原子晶體的約束。綜上，本研究不僅確立了YCl作為首個dice金屬原型體系，更以電子晶格為全新切入點，為探索量子材料開闢了全新的研究方向。

李昊翔課題組

香港科技大學（廣州）李昊翔課題組誠邀有志從事凝聚態物理研究的博士研究生加盟。

課題組負責人李昊翔博士畢業於University of Colorado Boulder，獲得物理學博士學位。他曾在美國橡樹嶺國家實驗室擔任博士後研究員，後加入香港科技大學（廣州）。課題組主要利用角分辨光電子譜與各類X射線/電子散射技術，探索由電荷、自旋和晶格相互作用中產生的量子多體態。李博士以第一作者/通訊作者身份在Science Advances、Nature Communications (×5)、Physical Review X、Advanced Materials、National Science Review等期刊上發表了多篇研究論文。

關於導師科研情況的詳細介紹和聯繫方式，可以參考：

https://facultyprofiles.hkust-gz.edu.cn/faculty-personal-page/LI-Haoxiang/haoxiangli