【儀表網 儀表研發】超導是電子在微觀世界里兩兩配對組成庫珀對后集體凝聚形成的宏觀量子態。在傳統的超導體內部，庫珀對的兩個電子有著相反的動量。因此，庫珀對本身總動量為零，在超導體內均勻分布，不會在平衡態中呈現波動特性。1964年，理論學家Fulde P, Ferrell RA和Larkin AI, Ovchinnikov YN預言，在有外部磁場的情況下，嚴格來說，在磁場的Zeeman能作用下，電子可以組成動量不為零的庫珀對。這種庫珀對凝聚形成的超導態會呈現出波動的特性，稱為“FFLO”態。
 

　　在沒有磁場的情況下，動量不為零的庫珀對能形成嗎？這種情況下形成的超導態稱為配對密度波(Pair Density Wave)。近年來，這一問題受到物理學家的關注。理論上，配對密度波被預言可在非常規超導體中出現；實驗方面，經過多年努力，只有在銅基高溫超導體中尋找到支持配對密度波存在的證據【Nature 552, 343 (2016)；Science 364, 976 (2019)；Nature 580, 65 (2020)】，但這些實驗無法完全確立配對密度波的獨立存在。
 

　　近年來，一種具有80-100 K電荷密度波轉變溫度的新型層狀籠目(kagome)結構超導體，AV3Sb5(A= Cs, Rb, K)被合成出來。這種超導體因其獨特的籠目結構而展現出強關聯、拓撲以及多體效應，其豐富的物理吸引了大量的研究。目前，研究表明，該材料體系具有非常規超導性以及反常的手性電荷密度波，兩者的同時出現預示著這類kagome超導體可能是配對密度波出現的理想載體。
 

　　近日，中國科學院物理研究所高鴻鈞研究團隊副研究員陳輝、楊海濤與博士研究生胡彬等，利用該團隊自主設計組裝的、居國際頂尖水平的極低溫強磁場掃描隧道顯微鏡/譜(STM/S)聯合系統，對籠目超導體CsV3Sb5開展了精確和系統研究。該團隊與美國波士頓學院教授汪自強、以色列科學研究所教授顏炳海、中國人民大學教授雷和暢、物理所研究員董曉莉等合作。研究人員合成了高質量的新型層狀籠目結構超導體CsV3Sb5。科研人員利用STM/S，實驗發現，觀察到兩種2a0′2a0和單向條紋4a0 電荷密度波共存的非常規超導態，并證實其具有smectic超導序；觀察到不同于普通超導體中的配對密度波，這種配對密度波與超流態中的旋子(roton)激發態行為類似；觀察到該配對密度波可以誘導產生具有相同空間調制的電荷密度波，其對應著±5 meV能量位置的“贗能隙”(pseudogap)，可以在Tc以上的溫度(4 K)和HC2以上的磁場(2T)觀測到；觀察到非超導態下的非相干的配對密度波以及相干情況下超導和配對密度波之間的耦合。這些配對密度波的性質不同于銅基高溫超導體中的配對密度波性質，預示著這類籠目超導體中有著新穎的配對密度波形成機制。
 

　　這些結果不僅首次在原子尺度揭示了AV3Sb5的非常規超導態的獨特性質，而且是實驗上首次在銅基超導體外的超導體系發現非常規配對密度波，對研究配對密度波的形成機制以及揭示其和非常規超導體超導機理的關聯有重要意義。
 

　　9月29日，相關研究成果以“加快發表”形式，在線發表在《自然》(Nature)上。研究工作得到科技部、國家自然科學基金委和中科院的支持。