北理工團(tuán)隊(duì)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(duì),，與南方科技大學(xué)殷嘉鑫團(tuán)隊(duì),、中科院理論物理所吳賢新團(tuán)隊(duì)、中科院物理所石友國(guó)團(tuán)隊(duì)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(lái)豐富的物理性質(zhì),，比如電荷密度波、配對(duì)密度波,、非常規(guī)超導(dǎo)電性,、量子自旋液體等等。2020年以來(lái),，王秩偉,、姚裕貴團(tuán)隊(duì)一直深耕籠目晶格超導(dǎo)材料AV3Sb5系列材料，與國(guó)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(wú)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(jìng)爭(zhēng) [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(duì)超導(dǎo)的影響 [Nat. Commun. 14 (2023) 3819 ]等等。
最近,，該團(tuán)隊(duì)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(chǎng)調(diào)控,。使用正常和約瑟夫森掃描隧道顯微鏡探測(cè)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(guò)施加外磁場(chǎng)，可以調(diào)控超導(dǎo)能隙振蕩的手性,，表明了時(shí)間反演對(duì)稱性破缺的手性配對(duì)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(lái)探測(cè)配對(duì)密度,，并觀測(cè)配對(duì)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(duì)超導(dǎo)能隙和配對(duì)密度的手性研究
早期理論研究表明,，在具有配對(duì)密度波的體系中，超導(dǎo)能隙只在動(dòng)量空間的部分費(fèi)米面打開(kāi),，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(dòng)量空間對(duì)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(cè)到較高溫度下信號(hào)主要來(lái)源于Sb-p軌道的散射；而隨著溫度的降低,，這一信號(hào)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(cè)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(duì)密度波；進(jìn)一步的觀測(cè)和分析最終為有限動(dòng)量配對(duì)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(duì)有限空間配對(duì)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(jì)劃、國(guó)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(guó)家實(shí)驗(yàn)室等相關(guān)項(xiàng)目的資助。
文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07798-y
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