稀土三碲化物中电荷-轨道序交织诱导的铁轴性密度波与轴向Higgs模的发现

本研究揭示了稀土三碲化物(RTe3)中由电荷密度波(CDW)与轨道序耦合产生的新型铁轴性电子序。通过多技术联用证实高温CDW1相同时打破平移、旋转和全部镜像对称性，产生轴向Higgs模和电子能隙，而低温CDW2相仅打破平移对称性。该发现为理解非常规CDW系统中隐藏序参量提供了新范式，对二维材料量子调控具有重要启示。

　　

在凝聚态物理领域，电荷密度波(Charge Density Wave, CDW)作为一种典型的电子有序态，其对称性破缺特征长期以来被认为完全由波矢量q_CDW决定。然而近年来，在URu₂Si₂等材料中发现的"隐藏序"现象表明，某些CDW可能伴随着更复杂的对称性破缺。稀土三碲化物(RTe₃)作为研究CDW的模型体系，虽然已有大量研究，但其高温CDW相中观测到的轴向Higgs模仍缺乏合理解释，暗示可能存在未被发现的非常规序参量。

为揭示这一科学谜题，由波士顿学院Kenneth S. Burch和普林斯顿大学Leslie M. Schoop共同领导的研究团队，通过多尺度表征技术系统研究了ErTe₃和HoTe₃的CDW相变行为。研究发现高温CDW1相不仅打破平移对称性，还同时破坏了所有镜像对称性（包括垂直和斜对角镜像），但保持空间反演和时间反演对称性。这种独特的对称性破缺模式指向一种新型铁轴性电子序，其序参量表现为轴向矢量，与传统的铁电、铁磁等有序态形成鲜明对比。

研究采用的关键技术包括：1) 自熔剂法生长RTe₃(R=La,Gd,Ho,Er)单晶；2) 原位低温角分辨拉曼光谱解析Higgs模对称性；3) 大角度会聚束电子衍射(LACBED)表征晶格对称性；4) 旋转各向异性二次谐波(RA-SHG)检测反演对称性；5) μ子自旋弛豫(μSR)验证时间反演对称性。所有实验均在惰性气氛保护下进行，确保样品表面无氧化。

【自发对称性破缺】研究首先通过Ginzburg-Landau理论分析指出，传统单组分CDW的Higgs模(|ψ|²)在晶体对称操作下平庸变换，而多组分CDW可能产生非平庸变换的集体激发模式。在ErTe₃中观测到4.1 meV和8.8 meV两个Higgs模，分别对应CDW2和CDW1相变，其能量随温度变化符合理论预期。

【拉曼光谱特征】角分辨拉曼测量发现，正常相(290 K)的8.1 meV声子模在XX偏振下无角度依赖性，符合D_4h对称性。而在CDW1相(190 K)，11.0 meV声子模在XX和XY偏振均呈现四重对称性，反映正交晶系D_2h对称性。特别值得注意的是，CDW1的Higgs模和电子拉曼响应在XX和XY偏振均显示双重对称性，这是单斜晶系C_2h的特征，表明所有镜像对称性均被打破。

【晶格对称性表征】低温透射电镜(LACBED)显示，300 K时衍射图样保持四重旋转和全部镜像对称性，而240 K(CDW1相)时右侧暗条纹模糊化，证实所有镜像对称性被打破。原子分辨率S