中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心、物理學(xué)院、中科院強(qiáng)耦合量子材料物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授陳仙輝團(tuán)隊(duì)教授吳濤等，在籠目超導(dǎo)體（kagomesuperconductor）的競(jìng)爭(zhēng)電子序研究中取得重要進(jìn)展。利用高壓下的核磁共振技術(shù)，科研團(tuán)隊(duì)在籠目超導(dǎo)體CsV3Sb5中觀察到一種由壓力誘導(dǎo)的電荷有序態(tài)，并發(fā)現(xiàn)該電荷有序態(tài)與超導(dǎo)態(tài)之間存在強(qiáng)烈的相互競(jìng)爭(zhēng)。這一發(fā)現(xiàn)為探究籠目超導(dǎo)體中復(fù)雜的演生物理現(xiàn)象提供了重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)，并為進(jìn)一步在籠目超導(dǎo)體中探索新奇超導(dǎo)態(tài)提供了新方向。11月24日，相關(guān)研究成果以Emergent charge order in pressurized kagome superconductor CsV3Sb5為題，發(fā)表在《自然》（Nature）上。 

　　在以往的非常規(guī)超導(dǎo)體研究中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)與競(jìng)爭(zhēng)電子態(tài)之間總是存在錯(cuò)綜復(fù)雜的競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象，且超導(dǎo)態(tài)可與競(jìng)爭(zhēng)電子態(tài)相互交織，進(jìn)一步形成新奇的超導(dǎo)態(tài)，例如高溫銅氧化合物超導(dǎo)體中的配對(duì)密度波態(tài)。探索超導(dǎo)態(tài)與競(jìng)爭(zhēng)電子態(tài)之間復(fù)雜的演生現(xiàn)象及其物理機(jī)制是目前超導(dǎo)研究領(lǐng)域的關(guān)鍵問(wèn)題之一。最近，具有籠目結(jié)構(gòu)的新型超導(dǎo)材料AV3Sb5（A = K, Rb, Cs）的發(fā)現(xiàn)為剖析上述問(wèn)題提供了新穎的材料平臺(tái)。

　　二維籠目結(jié)構(gòu)由于特殊的幾何結(jié)構(gòu)，具有非常豐富的能帶結(jié)構(gòu)特征，包括平帶（flat band）、狄拉克點(diǎn)（Dirac points）以及范霍夫奇點(diǎn)（van Hove singularities）。早期理論預(yù)測(cè)在范霍夫奇點(diǎn)摻雜附近，二維籠目體系可呈現(xiàn)出新奇的超導(dǎo)電性和豐富的電荷有序態(tài)，但長(zhǎng)期以來(lái)缺乏合適的材料體系來(lái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)的競(jìng)爭(zhēng)電子態(tài)。近年來(lái)，籠目超導(dǎo)體CsV3Sb5的發(fā)現(xiàn)為該方向的探索提供了新的研究體系。此前，陳仙輝團(tuán)隊(duì)揭示了該體系中的三重調(diào)制（triple-Q）的電荷密度波態(tài)【Phys.Rev. X 11, 031026 (2021)】以及新奇的電子向列相【Nature 604, 59–64 (2022)】，并通過(guò)壓力實(shí)驗(yàn)觀察到電荷密度波與超導(dǎo)電性在壓力下的反常競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系【Nat. Commun.12, 3645 (2021)；Phys. Rev. Lett. 128, 077001(2022)】。

　　在上述研究基礎(chǔ)上，陳仙輝團(tuán)隊(duì)吳濤等進(jìn)一步利用核磁共振譜學(xué)技術(shù)對(duì)壓力下籠目超導(dǎo)體CsV3Sb5中電荷密度波態(tài)和超導(dǎo)態(tài)的演化開(kāi)展了系統(tǒng)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)靜水壓下高于臨界壓力Pc1≈0.58GPa時(shí)，體系出現(xiàn)了新的電荷密度波態(tài)（圖1），同時(shí)超導(dǎo)電性被劇烈地壓制。核磁共振譜學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，該電荷密度波態(tài)具有單向的條紋狀電荷調(diào)制，類(lèi)似于之前在高溫銅氧化物超導(dǎo)體中發(fā)現(xiàn)的一種競(jìng)爭(zhēng)電子序-電荷條紋序。當(dāng)進(jìn)一步增加壓力至臨界壓力Pc2≈ 2.0GPa時(shí)，新的電荷密度波態(tài)被完全壓制，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度也同時(shí)提升至最高值，這表明超導(dǎo)與新的電荷密度波態(tài)存在強(qiáng)烈的競(jìng)爭(zhēng)（圖2）。

　　科研團(tuán)隊(duì)通過(guò)測(cè)量原子核的自旋-晶格弛豫率發(fā)現(xiàn)，當(dāng)新的電荷密度波在壓力下被完全抑制后，體系在低溫下呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的電荷漲落，表明籠目超導(dǎo)體具有顯著的電子關(guān)聯(lián)效應(yīng)，這或是來(lái)源于籠目晶格中電子-電子之間非局域的相互作用（圖3）。此外，在壓力下的超導(dǎo)態(tài)與常壓下的超導(dǎo)態(tài)具有顯著不同的自旋-晶格弛豫率隨溫度的演化行為。傳統(tǒng)超導(dǎo)體通常會(huì)在超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度之下表現(xiàn)出一個(gè)特征的Hebel-Slichter相干峰，而這一特征在之前籠目超導(dǎo)體常壓下的核磁共振研究中已被觀察到，表明常壓下的超導(dǎo)態(tài)是一種傳統(tǒng)超導(dǎo)態(tài)。然而，在壓力下的核磁共振研究表明，壓力下的超導(dǎo)態(tài)未表現(xiàn)出類(lèi)似的Hebel-Slichter相干峰行為（圖3），這表明籠目超導(dǎo)體CsV3Sb5在壓力下的超導(dǎo)態(tài)可能是一種非常規(guī)的超導(dǎo)態(tài)。

　　上述實(shí)驗(yàn)揭示了籠目超導(dǎo)體中新奇的電子關(guān)聯(lián)效應(yīng)以及豐富的演生現(xiàn)象，為厘清超導(dǎo)態(tài)與競(jìng)爭(zhēng)電子態(tài)之間復(fù)雜的相互機(jī)制提供了新契機(jī)，并為在籠目超導(dǎo)體中探索新奇超導(dǎo)態(tài)提供了新方向，這將有助于推動(dòng)該領(lǐng)域理論與實(shí)驗(yàn)的進(jìn)一步研究。研究工作得到科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院、安徽省等的支持。

　　論文鏈接 

圖1.籠目超導(dǎo)體CsV3Sb5中電荷密度波態(tài)與超導(dǎo)態(tài)在靜水壓下演化的實(shí)驗(yàn)證據(jù)以及物理演示圖

圖2.籠目超導(dǎo)體CsV3Sb5中電荷密度波態(tài)與超導(dǎo)態(tài)隨壓力演化的競(jìng)爭(zhēng)物理相圖

圖3.籠目超導(dǎo)體CsV3Sb5中電荷漲落以及非常規(guī)超導(dǎo)配對(duì)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)