二維籠目（kagome）晶格體系材料由于獨特的晶體構型和擁有平帶、范霍夫奇點和狄拉克錐等特殊的電子結構，為研究超導、電子關聯以及拓撲及其相互作用提供了理想平臺。其中，籠目超導體AV3Sb5 (A=K, Rb和Cs)因新穎的電荷密度波序、向列相序以及展現出的反常霍爾效應和可能的非常規超導電性等，激發了人們在籠目體系中尋找新奇物性的興趣。探索具有類似籠目結構的新材料和對其特征電子結構的表征，對探討籠目結構材料中的新奇現象和物性具有重要意義。
中國科學院物理研究所／北京凝聚態物理國家研究中心超導國家重點實驗室SC7組博士楊鑒剛、解于洋等在導師、研究員周興江與副研究員趙林的指導下，由中國科學院院士、納米物理與器件重點實驗室研究員高鴻鈞、研究員楊海濤指導的博士趙振等提供高質量的籠目結構單晶樣品，中國科學院大學教授蘇剛指導的博士易鑫偉等進行第一性原理的電子能帶結構計算，利用高分辨深紫外激光角分辨光電子能譜技術，對新型籠目結構化合物CsTi3Bi5的電子結構進行系統研究，觀察到多重特征電子結構的共存，為籠目結構材料的研究提供了重要信息。
CsTi3Bi5與AV3Sb5擁有類似的晶體結構，體系具有較強的二維性。實驗觀測到的CsTi3Bi5費米面與理論計算結果高度一致，說明體系電子關聯性較弱（圖1）。CsTi3Bi5的能帶結構與AV3Sb5相似，但相對于AV3Sb5，其整體能帶結構上移了約0.9eV。研究表明，通過改變（V,Ti）位的原子，這類“135”籠目材料的電子結構可以在大能量范圍內實現調控。這致使在CsTi3Bi5中由籠目晶格特殊的電子波函數相消干涉機制導致的特征平帶接近費米能級（-0.24eV）（圖2c）。第一性原理計算表明平帶主要由Ti-3dx2-y2軌道的電子構成（圖2d、e）。 同時，研究在該能量附近發現多個狄拉克電子結構（圖3）。由于特殊的能帶色散取向，這些狄拉克點屬于第二類或第三類狄拉克點。能帶計算表明，由于對稱性保護狄拉克點在動量空間形成了節線（圖3b）。同時，實驗發現該材料存在表面態（圖4），與理論預期的能帶反轉導致的拓撲非平庸表面態相吻合。在同一個材料中發現多重非平庸能帶結構共存及其可調性，為探索籠目材料的新奇現象和物性提供了新平臺。
近期，相關研究成果發表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。研究工作得到國家自然科學基金委員會、科學技術部和中國科學院等的支持。