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中國科大在籠目超導體的競爭電子序研究中取得進展
2022年11月25日 14:26:46
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：楊 點擊量：4007
中國科學院院士、中國科學技術大學合肥微尺度物質(zhì)科學國家研究中心、物理學院、中科院強耦合量子材料物理重點實驗室教授陳仙輝團隊教授吳濤等，利用高壓下的核磁共振技術，科研團隊在籠目超導體CsV3Sb5中觀察到一種由壓力誘導的電荷有序態(tài)，并發(fā)現(xiàn)該電荷有序態(tài)與超導態(tài)之間存在強烈的相互競爭。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】在以往的非常規(guī)超導體研究中，科學家發(fā)現(xiàn)超導態(tài)與競爭電子態(tài)之間總是存在錯綜復雜的競爭現(xiàn)象，且超導態(tài)可與競爭電子態(tài)相互交織，進一步形成新奇的超導態(tài)，例如高溫銅氧化合物超導體中的配對密度波態(tài)。探索超導態(tài)與競爭電子態(tài)之間復雜的演生現(xiàn)象及其物理機制是目前超導研究領域的關鍵問題之一。最近，具有籠目結構的新型超導材料AV3Sb5(A = K, Rb, Cs)的發(fā)現(xiàn)為剖析上述問題提供了新穎的材料平臺。
籠目超導體是一種新型超導材料，由于其特殊的幾何結構以及非局域的電子關聯(lián)作用，已展現(xiàn)出諸多奇異的物理性質(zhì)，被認為是一種具有重要科學研究價值的新型量子材料。
中國科學院院士、中國科學技術大學合肥微尺度物質(zhì)科學國家研究中心、物理學院、中科院強耦合量子材料物理重點實驗室教授陳仙輝團隊教授吳濤等，利用高壓下的核磁共振技術，科研團隊在籠目超導體CsV3Sb5中觀察到一種由壓力誘導的電荷有序態(tài)，并發(fā)現(xiàn)該電荷有序態(tài)與超導態(tài)之間存在強烈的相互競爭。
此前，陳仙輝團隊揭示了該體系中的三重調(diào)制(triple-Q)的電荷密度波態(tài)【Phys.Rev. X 11, 031026 (2021)】以及新奇的電子向列相【Nature 604, 59–64 (2022)】，并通過壓力實驗觀察到電荷密度波與超導電性在壓力下的反常競爭關系【Nat. Commun.12, 3645 (2021)；Phys. Rev. Lett. 128, 077001(2022)】。
在上述研究基礎上，陳仙輝團隊吳濤等進一步利用核磁共振譜學技術對壓力下籠目超導體CsV3Sb5中電荷密度波態(tài)和超導態(tài)的演化開展了系統(tǒng)研究。實驗結果表明：當靜水壓下高于臨界壓力Pc1≈0.58GPa時，體系出現(xiàn)了新的電荷密度波態(tài)(圖1)，同時超導電性被劇烈地壓制。核磁共振譜學分析發(fā)現(xiàn)，該電荷密度波態(tài)具有單向的條紋狀電荷調(diào)制，類似于之前在高溫銅氧化物超導體中發(fā)現(xiàn)的一種競爭電子序-電荷條紋序。當進一步增加壓力至臨界壓力Pc2≈ 2.0GPa時，新的電荷密度波態(tài)被完全壓制，超導轉(zhuǎn)變溫度也同時提升至最高值，這表明超導與新的電荷密度波態(tài)存在強烈的競爭(圖2)。
科研團隊通過測量原子核的自旋-晶格弛豫率發(fā)現(xiàn)，當新的電荷密度波在壓力下被完全抑制后，體系在低溫下呈現(xiàn)出強烈的電荷漲落，表明籠目超導體具有顯著的電子關聯(lián)效應，這或是來源于籠目晶格中電子-電子之間非局域的相互作用(圖3)。此外，在壓力下的超導態(tài)與常壓下的超導態(tài)具有顯著不同的自旋-晶格弛豫率隨溫度的演化行為。傳統(tǒng)超導體通常會在超導轉(zhuǎn)變溫度之下表現(xiàn)出一個特征的Hebel-Slichter相干峰，而這一特征在之前籠目超導體常壓下的核磁共振研究中已被觀察到，表明常壓下的超導態(tài)是一種傳統(tǒng)超導態(tài)。然而，在壓力下的核磁共振研究表明，壓力下的超導態(tài)未表現(xiàn)出類似的Hebel-Slichter相干峰行為(圖3)，這表明籠目超導體CsV3Sb5在壓力下的超導態(tài)可能是一種非常規(guī)的超導態(tài)。
上述實驗揭示了籠目超導體中新奇的電子關聯(lián)效應以及豐富的演生現(xiàn)象，為厘清超導態(tài)與競爭電子態(tài)之間復雜的相互機制提供了新契機，并為在籠目超導體中探索新奇超導態(tài)提供了新方向，這將有助于推動該領域理論與實驗的進一步研究。
相關論文Emergent charge order in pressurized kagome superconductor CsV3Sb5于近日發(fā)表在國際期刊《自然》(Nature)上。
參考資料來源：中國科學技術大學
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