北理工團(tuán)隊和西湖大學(xué)合作在籠目材料超導(dǎo)二極管效應(yīng)方面取得重大進(jìn)展
發(fā)布日期：2024-05-16 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)：
2024年5月15日，北京理工大學(xué)物理學(xué)院王秩偉教授,、姚裕貴教授團(tuán)隊,，與西湖大學(xué)林效教授、吳從軍教授團(tuán)隊等人合作，在《自然》雜志上在線發(fā)表題為“Superconducting diode effect and interference patterns in kagome CsV3Sb5”的研究論文。首次在籠目晶格超導(dǎo)材料CsV3Sb5中觀察到了零磁場超導(dǎo)二極管效應(yīng)和超導(dǎo)干涉條紋,，在一定程度上證明了CsV3Sb5中超導(dǎo)態(tài)具有時間反演對稱性破缺的特征。
籠目晶格超導(dǎo)材料 A V3Sb5（A = K, Rb和Cs）體系有著豐富的物理性質(zhì),，包括電荷密度波,、配對密度波、向列超導(dǎo)電性,、反?；魻栃?yīng)等等,，這幾年受到了廣泛研究,。王秩偉教授團(tuán)隊這幾年一直從事籠目晶格超導(dǎo)材料的晶體生長、物性探測與調(diào)控,、新型籠目晶格超導(dǎo)材料探索等研究,，并取得一系列創(chuàng)新性成果，包括CsV3Sb5中發(fā)現(xiàn)手性電荷序[Phys. Rev. B, 104, 075148 (2021)],、向列電子相[Nat. Commun., 12 6727 (2021))],、旋轉(zhuǎn)對稱性破缺[Nat. Commun., 15, 2888 (2024)]、電荷密度波和超導(dǎo)電性的非常規(guī)競爭[Phys. Rev. X 12, 011001 (2022), Phys. Rev. B 105, L180507 (2022), Phys. Rev. Lett. 129. 206402 (2022), Nat. Commun. 14, 3819 (2023)],、無節(jié)點各向同性超導(dǎo)能隙[Nature, 617, 488 (2023)]等等,。很多實驗跡象顯示 A V3Sb5是一種非常規(guī)超導(dǎo)體，而理論研究也顯示它可能蘊(yùn)藏著一種超導(dǎo)能隙完全打開的手性超導(dǎo)態(tài),，然而這種手性超導(dǎo)態(tài)依然缺少實驗證據(jù),，比如相位敏感探測實驗。
在本工作中,，王秩偉團(tuán)隊提供的高質(zhì)量CsV3Sb5單晶樣品,，林效團(tuán)隊通過機(jī)械剝離技術(shù)獲得薄層納米片，并進(jìn)一步基于微納加工制備了用于極低溫電輸運測量的量子器件,，吳從軍團(tuán)隊提供了理論計算和模擬,。在此研究中，作者首先觀察到了無磁場超導(dǎo)二極管效應(yīng),，如圖1所示,，這表明在自發(fā)時間反演對稱性破缺背景下存在動態(tài)超導(dǎo)有序疇。超導(dǎo)二極管效應(yīng)是指超導(dǎo)材料在一個方向上允許更大的超導(dǎo)臨界電流通過,，而在另一個方向上則有所抑制,。這種效應(yīng)在量子信息處理、量子計算和量子通信等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值,。令人驚奇的是,，在外加磁場的作用下，觀察到了超導(dǎo)臨界電流隨磁場變化的周期性振蕩現(xiàn)象,，表現(xiàn)出雙縫超導(dǎo)干涉圖案,，如圖2所示,，表明了CsV3Sb5的內(nèi)部可能還存在著超流形成的環(huán)路。圖案的特性通過熱循環(huán)進(jìn)行調(diào)制,。這些現(xiàn)象被認(rèn)為是周期性調(diào)制的超電流沿著受磁通量子量子化約束的特定疇邊界流動的結(jié)果,。這些研究結(jié)果在一定程度上證明CsV3Sb5具有時間反演對稱性破缺的超導(dǎo)態(tài)，為在這個籠目超導(dǎo)體系材料中探索Majorana零模等奇異物理提供了新的思路,。
該工作得到了浙江省自然科學(xué)基金杰出青年項目,、國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金面上項目,、新基石基金,、北京市重點項目、中國博士后科學(xué)基金等項目的資助,。
圖1. CsV3Sb5器件中的零場超導(dǎo)二極管效應(yīng),。
圖2. 在1.4K低溫下測得CsV3Sb5中超導(dǎo)干涉條紋。
文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07431-y
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