中科大超导研究团队在笼目结构超导体的高压研究中取得重要进展

2021年06月18日

中科大超导研究团队在笼目结构超导体的高压研究中取得重要进展

我校合肥微尺度物质科学国家研究中心和物理系陈仙辉超导研究团队近日在笼目结构超导材料研究中取得重要进展。该研究团队在层状笼目结构超导体CsV3Sb5中发现了非寻常的电荷密度波（CDW）与超导的竞争关系，为理解新奇的CDW和超导态提供了关键性的实验证据。相关研究成果于6月10日以“Unusual competition of superconductivity and charge-density-wave state in a compressed topological kagome metal”为题在线发表在《自然·通讯》上（Nat. Commun. 12, 3645 (2021)），并被推荐为亮点文章（Featured Article）。

传统超导和CDW是两种不同的电子态，两者都起源于电声子耦合和费米面失稳。在传统的CDW和超导共存图像中，进入CDW态后，由于费米面的嵌套而打开能隙，从而导致态密度的丢失，表现出CDW与超导相竞争的行为。人们可以通过增加压力或化学掺杂等手段压制CDW态，超导临界转变温度Tc随着CDW态压制会展现出单穹顶状的行为。而在具有笼目结构的化合物中，由于强的几何阻挫，理论预言会出现更多新奇的量子物态，包括非传统超导态和手性密度波等。最近人们发现了一种新型的层状笼目结构超导体CsV3Sb5，同时该超导体具有94K的CDW转变温度，这为人们提供了一个理想的平台来研究其中的CDW形成机制及其与超导之间的关联。

图示：CsV3Sb5超导体的压力-温度相图。

针对这一问题，我校陈仙辉超导研究团队对CsV3Sb5进行了压力调控研究，结合多种加压手段，确定了该材料在高压下的相图。通过高压电输运测量和磁化率测量发现Tc随压力增加表现为双穹顶状的行为，而非传统的单穹顶行为。当压力在0.7-2 GPa之间样品表现出了反常的Tc压制，同时超导明显展宽。当压力达到2 GPa后，CDW被完全压制，Tc最高可以达到8 K（是常压下的3倍），这也是目前具有笼目结构材料所报道的最高Tc。该反常的双穹顶状超导相图可能是由公度的CDW态转变为近公度CDW态导致的。在近公度CDW态会有CDW畴壁形成，从而导致了Tc的反常压制和超导展宽。因此，该研究结果表明CsV3Sb5这种笼目结构超导材料中的超导态和CDW态对压力非常敏感，展现出丰富的压力相图。该研究同时揭示了CsV3Sb5中不寻常的超导与CDW竞争，为研究其中非传统的CDW机制提供了实验线索。

合肥微尺度物质科学国家研究中心的博士生俞芳航为相关文章的第一作者，应剑俊特任研究员和陈仙辉教授为上述文章的共同通讯作者。相关工作得到了科技部、国家自然科学基金委、中科院以及安徽省引导项目的相关基金资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-23928-w

博士生俞芳航为相关文章的第一作者
在线发表在《自然·通讯》上（Nat. Commun. 12, 3645 (2021)），并被推荐为亮点文章（Featured Article）