揭秘磁性超導，南方科技大學最新Nature！

一、【科學背景】

磁性與超導一般被認為是兩種互斥的量子態，然而物理巨匠Matthias和Anderson早在1958年就考慮過二者在晶格阻挫體系中的關聯，并提出了磁性超導的可能性。籠目（kagome）晶格是由兩個共享頂角的三角形構成的，電子結構展示出平帶、范霍夫奇點以及Dirac點，因而具有十分豐富的物性。近年來，AV₃Sb₅ (A?=?K, Rb, Cs)體系成功被合成，并發現具有電荷密度波、非平庸拓撲性質、獨特的壓力依賴的超導相圖，因此激起了人們對AV₃Sb₅材料探索熱潮。涉及有限動量配對的超導性會導致空間能隙和對密度調制，以及超導能隙內的Bogoliubov費米態。然而，電荷序和基態超導電性之間的相互作用在實驗和理論中仍然難以捉摸。

二、【創新成果】

基于此，南方科技大學殷嘉鑫副教授聯合中國科學院物理研究所石友國研究員、北京理工大學王秩偉研究員、中國科學院理論物理研究所吳賢新副研究員等人在Nature發表了題為“Chiral kagome superconductivity modulations with residual Fermi arcs”的研究論文，通過1μeV量級的超高電子譜學空間能量分辨率，觀測到在kagome超導體KV₃Sb₅和CsV₃Sb₅中的手性超導能隙振蕩，振蕩周期為2×2。在動量空間中2×2的三組散射峰強度不同，由弱到強的旋轉方向可以定義出超導能隙震蕩的手性。通過實驗發現，超導能隙振蕩的手性可以被施加的外磁場調控成順時針或者逆時針旋轉。研究人員進一步用超導針尖實現了超導Josephson隧道結來探測局域配對電子密度，并觀測配對電子密度為2×2的手性振蕩。綜合以上發現，研究人員得出kagome超導體的手性配對密度波證據，這種配對密度波破壞時間反演對稱性，其散射周期被確定為與體態電荷序吻合的2×2，厘清了學術界在配對密度波波矢上的爭議。?

圖1 ?電荷序kagome超導體 ? 2024 Springer Nature

圖2 ?超導能隙振蕩和配對電子密度振蕩調制 ? 2024 Springer Nature

圖3 ?手性2×2能隙振蕩和配對電子密度調制 ? 2024 Springer Nature

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圖4 ?軌道選擇性PDW下的剩余費米弧 ? 2024 Springer Nature

圖5 ?有限動量配對超導的證據鏈 ? 2024 Springer Nature

三、【科學啟迪】

綜上所述，研究人員搭建了極低溫超高能量分辨率的掃描隧道顯微鏡系統，采用了潘氏馬達技術路線，對已知的籠目超導體進行高分辨率的譜學表征，探究其可存在的時間反演對稱性破缺性質，研究過程中的觀測和分析最終為有限動量配對的磁性超導態提供了完整的證據鏈。值得注意的是，在此項目中實驗探測到的能隙振蕩的空間能量分辨率達到了1μ eV量級，刷新了此前由美國康奈爾大學美國國家科學院院士Seamus Davis課題組在2023年創造的10μeV量級的世界紀錄。達到如此高的分辨率需要同時做到極低電子溫度（90 mK），超高空間分辨率（0.1 ?），以及超隧微分電導高信噪比（300倍），顯示出了研究人員精湛的實驗技藝。

原文詳情：Chiral kagome superconductivity modulations with residual Fermi arcs (Nature 2024, 632, 775-781)

本文由大兵哥供稿。