【Nature发布】中国学者在笼目超导体中发现新型电子向列相

中国科学技术大学陈仙辉、吴涛和王震宇等组成的团队，近日在笼目超导体CsV₃Sb₅中发现一种新型电子向列相。该发现不仅为理解笼目结构超导体中电荷密度波与超导电性之间的反常竞争提供了重要实验证据，也为进一步研究关联电子体系中与非常规超导电性密切相关的交织序提供了新的研究方向。相关成果2月10日以“加速预览”的方式在线发表于《自然》。

笼目结构超导体中三重调制电荷密度波导致的电子向列序与超导电性的物理示意图 中国科大供图

电子向列相广泛存在于高温超导体、量子霍尔绝缘体等电子体系，与高温超导电性之间存在紧密联系，被认为是一种与高温超导相关联的交织序。探索具有新结构的超导材料体系，从而进一步研究超导与各种交织序的关联是当前领域的一个重要研究方向，其中一类备受关注的体系为二维笼目结构。理论预测二维笼目体系可呈现出新奇的超导电性和丰富的电子有序态，但长期以来缺乏合适的材料体系实现其关联物理，笼目超导体CsV₃Sb₅的发现为该方向的探索提供新的研究体系。
陈仙辉团队在前期研究中已成功揭示该体系中面内三重调制的电荷密度波态，以及电荷密度波与超导电性在压力下的反常竞争关系。
在此基础上，团队结合扫描隧道显微镜、核磁共振以及弹性电阻三种实验技术，发现体系在进入超导态之前，三重调制电荷密度波态会进一步演化为一种热力学稳定的电子向列相，并确定转变温度在35开尔文左右。新型电子向列相具有Z₃对称性，在理论上被three state Potts模型所描述，因而又被称为“Potts”向列相。有趣的是，这种新型电子向列相近期在双层转角石墨烯体系中也被观察到。
这一成果不仅在笼目结构超导体中揭示了一种新型电子向列相，也为理解这类体系中超导与电荷密度波之间的竞争提供了实验证据。此前的扫描隧道谱研究表明，CsV₃Sb₅体系中可能存在超导电性与电荷密度波序相互交织而形成的配对密度波态（PDW）。在超导转变温度之上发现的电子向列序，可以被理解成一种与PDW相关的交织序，这一研究结果也为理解高温超导体中的PDW提供了重要线索和思路。
论文相关信息：https://doi.org/10.1038/s41586-022-04493-8

作者简介

陈仙辉，中国科学院院士，中国科大教授，中科院强耦合量子材料物理重点实验室主任。获国家杰青，国家自然科学一等奖，获国际超导材料最高奖Bernd T. Matthias奖、何梁何利基金科学与技术进步奖、TWAS第三世界科学院物质科学奖等。主要从事新型非常规超导体的探索及超导和强关联物理的硏究。成就包括：在铁基超导体硏究中常压下突破麦克米兰极限；发展了一种新超导体合成方法，并首次获得零电阻温度43K的新型铁硒类超导体-锂铁氢氧铁硒；发展了固体离子场效应技术，在FeSe薄层中实现大范围的载流子浓度调控，获得高温超导相和观察到超导-绝缘态转变，开辟了利用固态离子导体门电压技术探索超导电性的研究方向；与合作者成功制备大面积单层Bi2212单晶，并给出了二维极限下的单层铜基超导体具有和块体铜基超导体相同超导特性的实验证据；与合作者成功实现黑磷晶体场效应管，开辟了继石墨烯之后又一个量子功能材料领域。发表SCl学术论文390余篇（其中Science 1篇、Nature 6篇、Nature子刊19篇、PRL 37篇、PRX 5篇），单篇论文最高引用超过3500次。
吴涛，2004年本科毕业于中国科学技术大学物理系，2009年于中国科学技术大学获凝聚态物理博士学位，师从陈仙辉院士。2009年至2012年在法国国家强磁场实验室从事博士后研究工作，合作导师为Marc Henri Julien. 2012年11月至今任中国科学技术大学微尺度物质科学国家研究中心教授，2013年入选中组部第五批国家创新人才计划青年项目，2015年获国家自然科学优秀青年基金和中科院青年科学家奖。目前主要从事高温超导体和关联电子体系的核磁共振研究。

王震宇，中国科学技术大学特任教授，博士生导师。2015年于中国科学院物理研究所获得博士学位，随后在伊利诺伊大学香槟分校从事博士后研究。2019年6月入职中国科学技术大学。研究方向为利用扫描隧道显微镜/谱学研究关联电子体系、拓扑超导等量子材料中的电子行为和物理机制，在高温超导、莫特相变以及拓扑材料中取得了一定研究成果，在包括Science, Nature, Nature Physics, PNAS, Nature Communications等学术期刊发表论文20余篇。

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编辑：王茹茹

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