近日，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(duì)與普林斯頓大學(xué)M.Z.Hasan團(tuán)隊(duì)合作在新型籠目晶格超導(dǎo)體CsV?Sb?中取得重要進(jìn)展。通過多種高精度測(cè)量技術(shù)發(fā)現(xiàn)了CsV?Sb?兩種截然不同的超導(dǎo)狀態(tài)，揭示了其復(fù)雜的多能隙特性。這一成果為理解超導(dǎo)材料中電子行為的多樣性提供了關(guān)鍵線索，相關(guān)研究成果以“Unconventional gapping behaviour in a kagome superconductor”為題發(fā)表在《Nature Physics》上。北京理工大學(xué)物理學(xué)院博士后李永愷（現(xiàn)為北理工長三角研究院副研究員）為論文共同第一作者，王秩偉教授為共同通信作者。

籠目晶格材料因其獨(dú)特的幾何結(jié)構(gòu)和豐富的量子現(xiàn)象而備受關(guān)注。CsV?Sb? 作為一種典型的籠目晶格超導(dǎo)材料最近受到了廣泛的研究，北理工團(tuán)隊(duì)在之前的研究中也取得了一系列進(jìn)展，包括發(fā)現(xiàn)手性電荷序、向列電子相、多條穿過費(fèi)米能級(jí)的能帶結(jié)構(gòu)、無節(jié)點(diǎn)各向同性超導(dǎo)能隙、超導(dǎo)態(tài)相關(guān)的范霍夫情景、超導(dǎo)二極管效應(yīng)、剩余費(fèi)米弧、磁性超導(dǎo)態(tài)、時(shí)間反演對(duì)稱性破缺等等。更多實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示該材料更像是一類非常規(guī)超導(dǎo)材料。在本工作中，通過電輸運(yùn)、熱輸運(yùn)及熱容測(cè)量，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)CsV?Sb? 的超導(dǎo)相圖上顯示兩種明顯不同的超導(dǎo)態(tài)，高溫超導(dǎo)態(tài)（約3.5 K 以上）的超導(dǎo)能隙主要在一個(gè)電子帶中形成；低溫超導(dǎo)態(tài)（約1 K 以下）在另一能帶中打開第二個(gè)超導(dǎo)能隙，且與第一個(gè)超導(dǎo)能隙幾乎不耦合。進(jìn)一步分析表明低溫超導(dǎo)態(tài)的能帶選擇性配對(duì)機(jī)制與傳統(tǒng)多帶超導(dǎo)理論中能隙協(xié)同打開機(jī)制不同，為理解多帶超導(dǎo)提供新的理論支撐。此外，低溫區(qū)域的超導(dǎo)上臨界磁場(chǎng)（μ?Hc?）超過9.8 T，明顯高于泡利極限（約6.44 T），這種反?，F(xiàn)象可能源于強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子或非常規(guī)超導(dǎo)機(jī)制，這為更深入理解籠目超導(dǎo)材料的超導(dǎo)態(tài)提供新視角。

圖1. CsV?Sb?中的二維及二重對(duì)稱性超導(dǎo)電性

該研究揭示了超導(dǎo)能帶選擇性配對(duì)的新機(jī)制，為我們理解超導(dǎo)材料的多樣性和復(fù)雜性提供幫助，對(duì)于未來超導(dǎo)材料的設(shè)計(jì)和應(yīng)用具有重要意義。本工作的其他合作單位還包括美國國家強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室、瑞士蘇黎世大學(xué)、南方科技大學(xué)、橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室等機(jī)構(gòu)。本項(xiàng)目得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金委、北京市自然科學(xué)基金委等相關(guān)項(xiàng)目的支持。

圖2. 兩種不同超導(dǎo)態(tài)的電輸運(yùn)證據(jù)