kagome 晶格上由长程库仑排斥驱动的环流电荷密度波

近期基于钒的无磁性 kagomé 金属 $A$V$_3$Sb$_5$（$A=$ K, Rb, Cs）的实验揭示了在电荷密度波（CDW）有序态中可能存在自发时间反演对称性（TRS）破缺的证据。人们长期寻求的环流量子序已被提出作为 TRS 破缺态的候选。然而，由于电子关联导致环流 CDW 出现的微观模型仍然缺乏。在此，我们计算了 kagomé 晶格在范霍夫填充附近实键序与虚键序的磁化率，并揭示了次近邻库仑排斥 $V_2$ 在触发朝虚键有序 CDW 不稳定性中的重要性。随后研究了 kagomé 晶格上具体的有效单轨道 $t$-$V_1$-$V_2$ 模型，其中 $t$ 和 $V_1$ 分别为最近邻键上的跳跃和库仑排斥。我们得到了平均场基态，分析了其性质，并确定了在范霍夫填充下由 $V_1$ 和 $V_2$ 张成的平面上的相图。由 $V_1$ 主导的区域被具有反 Star-of-David（ISD）键构型的 $2a_0 \times 2a_0$ 实 CDW 绝缘体占据。增大 $V_2$ 确实驱动了从 ISD 到稳定的环流绝缘体的首次级相变，这些绝缘体展现出四种不同拓扑性质的电流图案，导致轨道陈绝缘体。我们随后将这些结果推广到偏离范霍夫填充的情形，表明电子掺杂有助于环流的稳定，并产生具有承载大贝里曲率和轨道磁矩的陈费米袋的掺杂轨道陈绝缘体。我们的发现为 kagomé 超导体 TRS 破缺正常态的环流陈金属在平均场层面提供了具体的模型实现。