近日，中国科大陈仙辉教授、何俊峰教授研究团队联合国内外合作者，在天然超导异质结4Hb-TaS₂电子结构研究中取得重要进展。研究团队利用具有空间分辨能力的角分辨光电子能谱（ARPES）技术，在能量-动量空间直接观测到理论预言的平带，然而该平带在材料表面和内部表现出极强的差异性，直接挑战了长期以来理解该材料体系的理论范式；同时，温度和掺杂依赖测量体现出超越传统的新物理图像。相关成果以《Anomalous narrow-band correlation in a natural superconducting heterostructure》为题，于2026年10月21日发表在国际知名期刊《美国国家科学院院刊》[Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.123,e2609173123(2026)]。

凝聚态物理的一个前沿方向是将具有不同物性的原子级薄层材料堆叠起来，进而创造出新奇物性。过渡金属硫化物4Hb-TaS₂是一种可以实现上述目标的天然异质结。近年来，研究人员在该体系中陆续发现了手性超导、向列相超导、拓扑表面超导以及反常的磁记忆效应等一系列罕见现象。流行的理论观点认为，这些新奇物性源于材料中的1T-TaS₂层在低温下形成电荷密度波（CDW），并在费米能附近诱导出一条平带，使得电子动能被强烈抑制，从而让整个材料体系表现出电子关联。然而，这一关键的理论预期仍缺乏能量-动量空间中的直接实验证据。

本工作中，研究团队利用小光斑高分辨率角分辨光电子能谱，对4Hb-TaS₂单晶解理后出现的1H和1T两种不同解理面分别进行了精细的电子结构测量，成功区分了表面1T-TaS₂层与材料内部1T-TaS₂层的电子结构。实验在能量-动量空间直接观测到理论预言的平带，其能量位置与前期理论计算、扫描隧道谱结果高度吻合。然而，出乎意料的是，这条费米能附近的平带只存在于平移对称性破缺的表面1T-TaS₂层中；材料内部的1T-TaS₂层由于具有更高的空穴掺杂水平，其平带远高于费米能，无法为体系提供电子关联。这一结果表明，当前流行的理论图像只能用于解释该体系的表面1T-TaS₂层物性，不能解释体材料表现出的宏观物理性质。

图：4Hb-TaS₂单晶不同解理面的电子结构

在此基础上，研究团队对表面1T-TaS₂层开展了系统的变温与原位碱金属表面掺杂研究，揭示出更多超越标准图像的新现象：一方面，平带与CDW能隙在CDW转变温度以上依然存在，表明体系中可能存在表面短程CDW序导致的赝能隙行为；另一方面，随着连续的钾表面掺杂，其诱导出的新平带与原空穴型能带往相反的能量方向移动，揭示了巡游电子的重要作用，超出了此前在1T-TaS₂中建立的传统双组分局域物理图像。

这些实验结果为理解4Hb-TaS₂这一神秘异质结中多种电子序的反常共存，以及表面与体材料物性的显著差异提供了全新的视角。

中国科大为论文的第一单位，中国科大博士生孙秀鹏、魏志远为论文的共同第一作者，中国科大陈仙辉、何俊峰教授为论文的共同通讯作者。该研究得到教育部、中国科学院、中国科大、中央高校基本科研业务费专项资金等资助。

论文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2609173123

(物理学院、科研部）