中科大吴涛&陈仙辉院士，再发Nature！

笼目超导体AV₃Sb₅ (A代表K, Rb, Cs)中几个电子阶的发现，为探索前所未有的新兴物理，提供了一个很有前途的平台。在中等压力下(<2.2 GPa)，三重-Q电荷密度波(CDW)序被压力单调抑制，而超导表现出双圆顶状行为，表明超导与CDW序之间存在不寻常的相互作用。

考虑到在三重-Q CDW相内部，已经发现了时间反演对称破缺和电子向列性，理解这种CDW序及其与超导的相互作用成为AV₃Sb₅的核心问题之一。

在此，来自中国科学技术大学的吴涛&陈仙辉院士等研究者通过⁵¹V核磁共振测量报告了CsV₃Sb₅中CDW和超导随压力的演变。相关论文以题为“Emergent charge order in pressurized kagome superconductor CsV₃Sb₅”于2022年11月23日发表在Nature上。

在量子材料中，最显著的是高温超导体，其电子相图，通常是复杂的，包括有几个不同的不对称相。传统的理解是将这些序趋势描述为“竞争序”，因为一种序通常会随着成分、压力或磁场的变化而被另一种序抑制。

最近，“纠缠序”被提出作为一种替代方案，它强调不同序的合作特性，强调不同的视角。纠缠序的一个主要例子是铜超导体中的对密度波，它可以与超导波和密度波纠缠。在这种情况下，在铜和铁基超导体中被广泛观察到的电子列向性是一种残留序，也是缠绕序的一种特殊表现。在现阶段，探索其他量子材料，特别是超导材料中纠缠序的底层物理是非常可取的，但仍然很少。

近年来，钒基笼目金属AV₃Sb₅ (A为K, Rb, Cs)的超导性和CDW的发现，引起了人们的广泛关注，特别是对纠缠序的探索。早期的理论计算表明，当填充能级接近van Hove奇点时，电子-电子相互作用和固有的几何阻挫，可以导致二维(2D) 笼目晶格中各种各样的电子序。

实验上，扫描隧道显微镜/光谱学(STM/S)实验揭示了AV₃Sb₅的CDW序为三重-Q 2a₀ × 2a₀，角分辨光电发射光谱实验发现了动量依赖的CDW间隙。密度泛函理论(DFT)计算发现，在M点和L点的声子模都不稳定，似乎有利于AV₃Sb₅中电子-声子驱动的CDW。

另一方面，在三重-Q CDW态内部发现了时间反转对称破缺和电子向向性，表明了CDW的非常规性质，这源于AV₃Sb₅中电子-声子相互作用、电子-电子相互作用和固有几何阻挫的微妙合作(图1a)。

对于超导态，先前的核四极子共振(NQR)实验观察到CsV₃Sb₅中在超导转变温度(T_c)以下有一个明显的Hebel-Slichter相干峰，这有力地支持了传统的横波配对。比热和穿透深度测量补充了这一结果。STM/S实验显示AV₃Sb₅具有4a₀/3空间调制的非均匀超导，这被归因于3Q-对-密度波态的形成。

此外，中等压力(P < 2.2 GPa)下的超导表现出令人费解的双圆顶超导行为，而CDW随压力增加而单调抑制。所有这些事实都表明AV₃Sb₅中超导和CDW之间存在复杂的相互作用。

在这里，为了阐明超导性和CDW之间的关系，研究者系统地研究了CsV₃Sb₅中CDW和超导性随压力的演变，方法是在高达2.3 GPa的静水压力下对⁵¹V核进行核磁共振(NMR)测量。在P_c1≅0.58 GPa和P_c2≅2.0 GPa之间观察到一个出现的CDW相，可能是具有单向4a₀调制的条状CDW序，这解释了在压力下的双圆顶超导行为。

此外，核自旋晶格弛豫测量揭示了，在CDW转变温度以上存在压力无关的电荷涨落和在P_c2以上存在非常规超导配对的证据。该结果不仅揭示了超导和CDW的相互作用，而且揭示了笼目超导体AV₃Sb₅中新的电子相关效应。

图1. CsV₃Sb₅中超导和CDW态的压力依赖演化

图2. 压力相关多重CDW跃迁的⁵¹V NMR证据

图3. 核自旋晶格弛豫中多重CDW跃迁和持续电荷涨落的证据

图4. CsV₃Sb₅的压力相关电子相图

作者简介

陈仙辉，1963年3月出生于湖南湘潭。中国科学技术大学物理学院物理系教授。

1992年获中国科学技术大学凝聚态物理专业博士学位，并留校工作。此后先后作为洪堡基金学者在德国卡尔斯鲁厄研究中心和斯图加特马普固体物理研究所工作，作为访问教授在日本北陆先端科学技术研究院和美国德克萨斯超导研究中心工作。1998年聘为中国科学技术大学物理系教授，1998年获得国家杰出青年基金资助；2002年受聘教育部长江特聘教授。2015年当选中国科学院院士。现任中国科学技术大学物理系教授，博士生导师，中科院强耦合量子材料物理重点实验室主任。

陈仙辉长期以来一直坚持新型非常规超导体的探索及超导和强关联物理的研究，发现的新型超导体涵盖铜氧化合物超导体，富勒烯超导体，铁基超导体和有机超导体等多种体系。在铁基超导体的研究中取得突破性成果：首次在铁基超导体(常压下)实现40开以上的超导电性，给出了相图及反铁磁与超导电性竞争和共存的证据，发现大同位素效应和磁化率线性温度依赖关系的普适行为；在强关联电子体系中发现多自由度相互作用导致的反常行为；陈仙辉基于黑磷具有与石墨类似的二维结构且有能隙，提出开展对其研究的思想。随后，他利用高温高压技术生长出高质量黑磷单晶，并与复旦大学张远波等小组合作，成功地在二维黑磷薄层晶体实现了场效应晶体管。

陈仙辉还兼任 Nature系列杂志《Scientific Reports》和《Solid State Communications》Editor、《科学通报》编委、《物理》编委、《物理学进展》编委、中国物理学会理事、中国物理学会低温物理专业委员会副主任、超导国家重点实验室学术委员会委员等学术职位。

文献信息

Zheng, L., Wu, Z., Yang, Y. et al. Emergent charge order in pressurized kagome superconductor CsV₃Sb₅. Nature (2022).https://doi.org/10.1038/s41586-022-05351-3

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05351-3

http://www.hfnl.ustc.edu.cn/detail?id=6045

原创文章，作者：v-suan，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2022/11/23/6e9475e3fd/

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