北理工團(tuán)隊在籠目材料超導(dǎo)領(lǐng)域取得系列進(jìn)展
發(fā)布日期：2024-08-30 供稿：物理學(xué)院 攝影：物理學(xué)院
編輯：王莉蓉 審核：陳珂 閱讀次數(shù)：
近日，北京理工大學(xué)物理學(xué)院王秩偉、姚裕貴教授團(tuán)隊，與南方科技大學(xué)殷嘉鑫團(tuán)隊、中科院理論物理所吳賢新團(tuán)隊、中科院物理所石友國團(tuán)隊等人合作，在籠目晶格超導(dǎo)材料AV3Sb5(A = K, Rb, Sb)中發(fā)現(xiàn)量子可調(diào)的磁性超導(dǎo)態(tài)，這種超導(dǎo)態(tài)具有手性超導(dǎo)能隙振蕩的特征，顯示籠目超導(dǎo)材料是探索磁性超導(dǎo)的重要材料體系，相關(guān)成果以“Chiral kagome superconductivity modulations with residual Fermi arcs”為題發(fā)表在Nature, 632 (2024) 775。
籠目（Kagome）晶格是由頂點(diǎn)互相連接的三角形組成的圖案，是一種具有幾何阻挫的晶格結(jié)構(gòu)，其特殊的晶格結(jié)構(gòu)往往帶來豐富的物理性質(zhì)，比如電荷密度波、配對密度波、非常規(guī)超導(dǎo)電性、量子自旋液體等等。2020年以來，王秩偉、姚裕貴團(tuán)隊一直深耕籠目晶格超導(dǎo)材料AV3Sb5系列材料，與國內(nèi)外課題組深入合作并取得一系列進(jìn)展，相繼在該體系中發(fā)現(xiàn)手性電荷序[Phys. Rev. B 104 (2021) 075148]，向列電子相 [Nat. Commun., 12 (2021) 6727] ，各向異性超導(dǎo)電性 [Nat. Commun., 15 (2024) 2888, Nat. Commun., 15 (2024) 5038]，無節(jié)點(diǎn)超導(dǎo)能隙 [Nature, 617 (2023) 488]，超導(dǎo)二極管效應(yīng) [Nature, 630 (2024) 64]，超導(dǎo)和電荷序的調(diào)控與競爭 [Nat. Commun., 15 (2024) 6467, Phys. Rev. Lett. 129 (2022) 206402, Phys. Rev. X 12 (2022) 011001, Phys. Rev. B 105 (2022) L180507]，范霍夫奇點(diǎn)對超導(dǎo)的影響 [Nat. Commun. 14 (2023) 3819 ]等等。
最近，該團(tuán)隊與合作者在AV3Sb5籠目超導(dǎo)體系中發(fā)現(xiàn)磁性超導(dǎo)態(tài)并發(fā)現(xiàn)該超導(dǎo)態(tài)可以隨磁場調(diào)控。使用正常和約瑟夫森掃描隧道顯微鏡探測到KV3Sb5和CsV3Sb5中的手性超導(dǎo)能隙振蕩，振蕩周期為2×2，如圖1所示；通過施加外磁場，可以調(diào)控超導(dǎo)能隙振蕩的手性，表明了時間反演對稱性破缺的手性配對密度波；進(jìn)一步用超導(dǎo)針尖實(shí)現(xiàn)了超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)來探測配對密度，并觀測配對密度也具有2×2的手性振蕩，如圖2所示。
圖1 周期為2a的超導(dǎo)能隙振蕩和約瑟夫森零能峰振蕩
圖2 對超導(dǎo)能隙和配對密度的手性研究
早期理論研究表明，在具有配對密度波的體系中，超導(dǎo)能隙只在動量空間的部分費(fèi)米面打開，體系中可以存在被稱為Bogoliubov費(fèi)米面的殘留費(fèi)米面，并與超導(dǎo)能隙振蕩形成實(shí)空間-動量空間對應(yīng)關(guān)系。鑒于此，他們進(jìn)一步研究了不同溫度下的準(zhǔn)粒子散射，并觀測到較高溫度下信號主要來源于Sb-p軌道的散射；而隨著溫度的降低，這一信號逐漸被抑制，表明在p軌道上發(fā)生了空間均一的超導(dǎo)性。當(dāng)進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)以后，觀測到V-d軌道態(tài)的殘留費(fèi)米弧，作為潛在的Bogoliubov費(fèi)米態(tài)，如圖3所示。Sb-p軌道的超導(dǎo)和V-d軌道的2×2手性電荷振蕩進(jìn)行耦合，形成了一種特殊的p-d軌道交織的手性配對密度波；進(jìn)一步的觀測和分析最終為有限動量配對的磁性超導(dǎo)態(tài)提供了完整的證據(jù)鏈，如圖4所示。
圖3 殘留Bogoliubov費(fèi)米弧的證據(jù)。
圖4 對有限空間配對的超導(dǎo)體完整的證據(jù)鏈
在本工作中，王秩偉教授作為共同通訊作者提供了高質(zhì)量的AV3Sb5單晶樣品，本工作得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金委、北京市自然科學(xué)基金委、北京凝聚態(tài)物理國家實(shí)驗室等相關(guān)項目的資助。
文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07798-y
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