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我校合肥微尺度物質(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)室陳仙輝、吳濤和王震宇等組成的研究團(tuán)隊(duì)，近日在籠目結(jié)構(gòu)（kagome）超導(dǎo)體的研究中取得重要進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)在籠目超導(dǎo)體CsV3Sb5中觀測(cè)到電荷密度波序在低溫下演化為由three state Potts模型所描述的電子向列相，該向列相的發(fā)現(xiàn)不僅為理解籠目結(jié)構(gòu)超導(dǎo)體中電荷密度波與超導(dǎo)電性之間的反常競(jìng)爭(zhēng)提供了重要實(shí)驗(yàn)證據(jù)，也為進(jìn)一步研究關(guān)聯(lián)電子體系中與非常規(guī)超導(dǎo)電性密切相關(guān)的交織序（intertwined orders）提供了新的研究方向。相關(guān)研究成果于2月9日以 “Charge-density-wave-driven electronic nematicity in a kagome superconductor”為題在Nature雜志上以“Accelerated Article Preview”的方式在線發(fā)表 。? ?

圖：籠目結(jié)構(gòu)超導(dǎo)體中三重調(diào)制電荷密度波導(dǎo)致的電子向列序與超導(dǎo)電性的物理示意圖

電子向列相是一種由電子自由度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性的自發(fā)破缺而產(chǎn)生的電子有序態(tài)，其廣泛存在于高溫超導(dǎo)體、量子霍爾絕緣體等電子體系。電子向列相與高溫超導(dǎo)電性之間存在著緊密的聯(lián)系，被認(rèn)為是一種與高溫超導(dǎo)相關(guān)聯(lián)的交織序，是高溫超導(dǎo)的理論研究中重大的科學(xué)問題和研究熱點(diǎn)。探索具有新結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)材料體系，從而進(jìn)一步研究超導(dǎo)與各種交織序的關(guān)聯(lián)是當(dāng)前領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向，其中一類備受關(guān)注的體系為二維籠目結(jié)構(gòu)。理論預(yù)測(cè)在范霍夫奇點(diǎn)（van Hove singularities）摻雜附近，二維籠目體系可呈現(xiàn)出新奇的超導(dǎo)電性和豐富的電子有序態(tài)，但長(zhǎng)期以來缺乏合適的材料體系來實(shí)現(xiàn)其關(guān)聯(lián)物理。近年來，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。中科大超導(dǎo)研究團(tuán)隊(duì)在前期研究中已成功揭示了該體系中面內(nèi)三重調(diào)制（triple-Q）的電荷密度波態(tài)（Phys. Rev. X 11, 031026 (2021)），以及電荷密度波與超導(dǎo)電性在壓力下的反常競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系（Nat. Commun. 12, 3645 (2021)）。

在這些基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)充分結(jié)合了掃描隧道顯微鏡、核磁共振以及彈性電阻三種實(shí)驗(yàn)技術(shù)，針對(duì)CsV3Sb5中的電荷密度波態(tài)的演化進(jìn)行了細(xì)致的研究。他們發(fā)現(xiàn)體系在進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)之前，三重調(diào)制電荷密度波態(tài)會(huì)進(jìn)一步地演化為一種熱力學(xué)穩(wěn)定的電子向列相，并確定轉(zhuǎn)變溫度在35開爾文左右。該電子向列相與之前在高溫超導(dǎo)體中觀測(cè)到的電子向列有所不同：高溫超導(dǎo)體中的電子向列相是Ising類型的向列相，具有Z2對(duì)稱性；而在籠目超導(dǎo)CsV3Sb5中發(fā)現(xiàn)的電子向列相具有Z3對(duì)稱性，在理論上被three state Potts模型所描述，因而也被稱為“Potts”向列相。有趣的是，這種新型的電子向列相最近在雙層轉(zhuǎn)角石墨烯體系中也被觀察到。

這些發(fā)現(xiàn)不僅在籠目結(jié)構(gòu)超導(dǎo)體中揭示了一種新型的電子向列相，也為理解這類體系中超導(dǎo)與電荷密度波之間的競(jìng)爭(zhēng)提供了實(shí)驗(yàn)證據(jù)。之前的掃描隧道譜研究表明，CsV3Sb5體系中可能存在超導(dǎo)電性與電荷密度波序相互交織而形成的配對(duì)密度波態(tài)（Pair density wave state，PDW）。在超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度之上發(fā)現(xiàn)的電子向列序，可以被理解成一種與PDW相關(guān)的交織序，這一研究結(jié)果也為理解高溫超導(dǎo)體中的PDW提供了重要的線索和思路。如何理解籠目結(jié)構(gòu)超導(dǎo)體中超導(dǎo)電性及其交織序的形成機(jī)制還需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)與理論研究。

合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心的博士研究生聶林鵬、孫貺律和物理學(xué)院的博士研究生馬婉茹為論文的共同第一作者，陳仙輝教授、吳濤教授和王震宇教授為文章的共同通訊作者。相關(guān)工作得到了科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委、中科院、安徽省引導(dǎo)項(xiàng)目以及校創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目的資助。

論文鏈接：https:// www.nature.com/articles/s41586-022-04493-8

（合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心、物理學(xué)院、科研部）