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北理工團隊在籠目材料超導領(lǐng)域取得系列進展


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近日,北京理工大學物理學院王秩偉、姚裕貴教授團隊,,與南方科技大學殷嘉鑫團隊、中科院理論物理所吳賢新團隊,、中科院物理所石友國團隊等人合作,,在籠目晶格超導材料AV3Sb5(A = K, Rb, Sb)中發(fā)現(xiàn)量子可調(diào)的磁性超導態(tài),這種超導態(tài)具有手性超導能隙振蕩的特征,,顯示籠目超導材料是探索磁性超導的重要材料體系,,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)超導電性、量子自旋液體等等,。2020年以來,,王秩偉、姚裕貴團隊一直深耕籠目晶格超導材料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] ,,各向異性超導電性 [Nat. Commun., 15 (2024) 2888,  Nat. Commun., 15 (2024) 5038],,無節(jié)點超導能隙 [Nature, 617 (2023) 488],超導二極管效應(yīng) [Nature, 630 (2024) 64],,超導和電荷序的調(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],,范霍夫奇點對超導的影響 [Nat. Commun. 14 (2023) 3819 ]等等。

最近,,該團隊與合作者在AV3Sb5籠目超導體系中發(fā)現(xiàn)磁性超導態(tài)并發(fā)現(xiàn)該超導態(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,;進一步用超導針尖實現(xiàn)了超導約瑟夫森結(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,。

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圖1 周期為2a的超導能隙振蕩和約瑟夫森零能峰振蕩

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圖2 對超導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,超導能隙只在動量空間的部分費米面打開,,體系中可以存在被稱為Bogoliubov費米面的殘留費米面,,并與超導能隙振蕩形成實空間-動量空間對應(yīng)關(guān)系。鑒于此,,他們進一步研究了不同溫度下的準粒子散射,,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性。當進入超導態(tài)以后,,觀測到V-d軌道態(tài)的殘留費米弧,,作為潛在的Bogoliubov費米態(tài),如圖3所示,。Sb-p軌道的超導和V-d軌道的2×2手性電荷振蕩進行耦合,,形成了一種特殊的p-d軌道交織的手性配對密度波;進一步的觀測和分析最終為有限動量配對的磁性超導態(tài)提供了完整的證據(jù)鏈,,如圖4所示,。 

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圖3 殘留Bogoliubov費米弧的證據(jù)。

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圖4 對有限空間配對的超導體完整的證據(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研發(fā)計劃、國家自然科學基金委,、北京市自然科學基金委,、北京凝聚態(tài)物理國家實驗室等相關(guān)項目的資助。

文章鏈接:https://www.nature.com/articles/s41586-024-07798-y


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