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中科大吳濤&陳仙輝院士,再發Nature!

超導又發Nature!

籠目超導體AV3Sb5 (A代表K, Rb, Cs)中幾個電子階的發現,為探索前所未有的新興物理,提供了一個很有前途的平臺。在中等壓力下(<2.2 GPa),三重-Q電荷密度波(CDW)序被壓力單調抑制,而超導表現出雙圓頂狀行為,表明超導與CDW序之間存在不尋常的相互作用。
考慮到在三重-Q CDW相內部,已經發現了時間反演對稱破缺和電子向列性,理解這種CDW序及其與超導的相互作用成為AV3Sb5的核心問題之一。
在此,來自中國科學技術大學的吳濤&陳仙輝院士等研究者通過51V核磁共振測量報告了CsV3Sb5中CDW超導隨壓力的演變。相關論文以題為“Emergent charge order in pressurized kagome superconductor CsV3Sb5”于2022年11月23日發表在Nature上。
中科大,再發Nature!
在量子材料中,最顯著的是高溫超導體,其電子相圖,通常是復雜的,包括有幾個不同的不對稱相。傳統的理解是將這些序趨勢描述為“競爭序”,因為一種序通常會隨著成分、壓力或磁場的變化而被另一種序抑制。
最近,“糾纏序”被提出作為一種替代方案,它強調不同序的合作特性,強調不同的視角。糾纏序的一個主要例子是銅超導體中的對密度波,它可以與超導波和密度波糾纏。在這種情況下,在銅和鐵基超導體中被廣泛觀察到的電子列向性是一種殘留序,也是纏繞序的一種特殊表現。在現階段,探索其他量子材料,特別是超導材料中糾纏序的底層物理是非常可取的,但仍然很少。
近年來,釩基籠目金屬AV3Sb5 (A為K, Rb, Cs)的超導性和CDW的發現,引起了人們的廣泛關注,特別是對糾纏序的探索。早期的理論計算表明,當填充能級接近van Hove奇點時,電子-電子相互作用和固有的幾何阻挫,可以導致二維(2D) 籠目晶格中各種各樣的電子序。
實驗上,掃描隧道顯微鏡/光譜學(STM/S)實驗揭示了AV3Sb5的CDW序為三重-Q 2a0 × 2a0,角分辨光電發射光譜實驗發現了動量依賴的CDW間隙。密度泛函理論(DFT)計算發現,在M點和L點的聲子模都不穩定,似乎有利于AV3Sb5中電子-聲子驅動的CDW。
另一方面,在三重-Q CDW態內部發現了時間反轉對稱破缺和電子向向性,表明了CDW的非常規性質,這源于AV3Sb5中電子-聲子相互作用、電子-電子相互作用和固有幾何阻挫的微妙合作(圖1a)。
對于超導態,先前的核四極子共振(NQR)實驗觀察到CsV3Sb5中在超導轉變溫度(Tc)以下有一個明顯的Hebel-Slichter相干峰,這有力地支持了傳統的橫波配對。比熱和穿透深度測量補充了這一結果。STM/S實驗顯示AV3Sb5具有4a0/3空間調制的非均勻超導,這被歸因于3Q-對-密度波態的形成。
此外,中等壓力(P < 2.2 GPa)下的超導表現出令人費解的雙圓頂超導行為,而CDW隨壓力增加而單調抑制。所有這些事實都表明AV3Sb5中超導和CDW之間存在復雜的相互作用。
在這里,為了闡明超導性CDW之間的關系,研究者系統地研究了CsV3Sb5中CDW超導性隨壓力的演變,方法是在高達2.3 GPa的靜水壓力下對51V核進行核磁共振(NMR)測量。在Pc1?0.58 GPa和Pc2?2.0 GPa之間觀察到一個出現的CDW相,可能是具有單向4a0調制的條狀CDW序,這解釋了在壓力下的雙圓頂超導行為。
此外,核自旋晶格弛豫測量揭示了,在CDW轉變溫度以上存在壓力無關的電荷漲落和在Pc2以上存在非常規超導配對的證據。該結果不僅揭示了超導和CDW的相互作用,而且揭示了籠目超導體AV3Sb5中新的電子相關效應。
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圖1. CsV3Sb5中超導和CDW態的壓力依賴演化
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圖2. 壓力相關多重CDW躍遷的51V NMR證據
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圖3. 核自旋晶格弛豫中多重CDW躍遷和持續電荷漲落的證據
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圖4. CsV3Sb5的壓力相關電子相圖
作者簡介
中科大,再發Nature!
陳仙輝,1963年3月出生于湖南湘潭。中國科學技術大學物理學院物理系教授。
1992年獲中國科學技術大學凝聚態物理專業博士學位,并留校工作。此后先后作為洪堡基金學者在德國卡爾斯魯厄研究中心和斯圖加特馬普固體物理研究所工作,作為訪問教授在日本北陸先端科學技術研究院和美國德克薩斯超導研究中心工作。1998年聘為中國科學技術大學物理系教授,1998年獲得國家杰出青年基金資助;2002年受聘教育部長江特聘教授。2015年當選中國科學院院士。現任中國科學技術大學物理系教授,博士生導師,中科院強耦合量子材料物理重點實驗室主任。
陳仙輝長期以來一直堅持新型非常規超導體的探索及超導和強關聯物理的研究,發現的新型超導體涵蓋銅氧化合物超導體,富勒烯超導體,鐵基超導體和有機超導體等多種體系。在鐵基超導體的研究中取得突破性成果:首次在鐵基超導體(常壓下)實現40開以上的超導電性,給出了相圖及反鐵磁與超導電性競爭和共存的證據,發現大同位素效應和磁化率線性溫度依賴關系的普適行為;在強關聯電子體系中發現多自由度相互作用導致的反常行為;陳仙輝基于黑磷具有與石墨類似的二維結構且有能隙,提出開展對其研究的思想。隨后,他利用高溫高壓技術生長出高質量黑磷單晶,并與復旦大學張遠波等小組合作,成功地在二維黑磷薄層晶體實現了場效應晶體管。
陳仙輝還兼任 Nature系列雜志《Scientific Reports》和《Solid State Communications》Editor、《科學通報》編委、《物理》編委、《物理學進展》編委、中國物理學會理事、中國物理學會低溫物理專業委員會副主任、超導國家重點實驗室學術委員會委員等學術職位。
文獻信息
Zheng, L., Wu, Z., Yang, Y. et al. Emergent charge order in pressurized kagome superconductor CsV3Sb5Nature (2022).https://doi.org/10.1038/s41586-022-05351-3
原文鏈接:
https://www.nature.com/articles/s41586-022-05351-3
http://www.hfnl.ustc.edu.cn/detail?id=6045

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