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我校合肥微尺度物質(zhì)科學國家研究中心和物理系陳仙輝超導研究團隊近日在籠目結構超導材料研究中取得重要進展。該研究團隊在層狀籠目結構超導體CsV3Sb5中發(fā)現(xiàn)了非尋常的電荷密度波（CDW）與超導的競爭關系，為理解新奇的CDW和超導態(tài)提供了關鍵性的實驗證據(jù)。相關研究成果于6月10日以“Unusual competition of superconductivity and charge-density-wave state in a compressed topological kagome metal”為題在線發(fā)表在《自然·通訊》上（Nat. Commun. 12, 3645 (2021)），并被推薦為亮點文章（Featured Article）。

傳統(tǒng)超導和CDW是兩種不同的電子態(tài)，兩者都起源于電聲子耦合和費米面失穩(wěn)。在傳統(tǒng)的CDW和超導共存圖像中，進入CDW態(tài)后，由于費米面的嵌套而打開能隙，從而導致態(tài)密度的丟失，表現(xiàn)出CDW與超導相競爭的行為。人們可以通過增加壓力或化學摻雜等手段壓制CDW態(tài)，超導臨界轉(zhuǎn)變溫度Tc隨著CDW態(tài)壓制會展現(xiàn)出單穹頂狀的行為。而在具有籠目結構的化合物中，由于強的幾何阻挫，理論預言會出現(xiàn)更多新奇的量子物態(tài)，包括非傳統(tǒng)超導態(tài)和手性密度波等。最近人們發(fā)現(xiàn)了一種新型的層狀籠目結構超導體CsV3Sb5，同時該超導體具有94K的CDW轉(zhuǎn)變溫度，這為人們提供了一個理想的平臺來研究其中的CDW形成機制及其與超導之間的關聯(lián)。

圖示：CsV3Sb5超導體的壓力-溫度相圖。

針對這一問題，我校陳仙輝超導研究團隊對CsV3Sb5進行了壓力調(diào)控研究，結合多種加壓手段，確定了該材料在高壓下的相圖。通過高壓電輸運測量和磁化率測量發(fā)現(xiàn)Tc隨壓力增加表現(xiàn)為雙穹頂狀的行為，而非傳統(tǒng)的單穹頂行為。當壓力在0.7-2 GPa之間樣品表現(xiàn)出了反常的Tc壓制，同時超導明顯展寬。當壓力達到2 GPa后，CDW被完全壓制，Tc最高可以達到8 K（是常壓下的3倍），這也是目前具有籠目結構材料所報道的最高Tc。該反常的雙穹頂狀超導相圖可能是由公度的CDW態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榻菴DW態(tài)導致的。在近公度CDW態(tài)會有CDW疇壁形成，從而導致了Tc的反常壓制和超導展寬。因此，該研究結果表明CsV3Sb5這種籠目結構超導材料中的超導態(tài)和CDW態(tài)對壓力非常敏感，展現(xiàn)出豐富的壓力相圖。該研究同時揭示了CsV3Sb5中不尋常的超導與CDW競爭，為研究其中非傳統(tǒng)的CDW機制提供了實驗線索。

合肥微尺度物質(zhì)科學國家研究中心的博士生俞芳航為相關文章的第一作者，應劍俊特任研究員和陳仙輝教授為上述文章的共同通訊作者。相關工作得到了科技部、國家自然科學基金委、中科院以及安徽省引導項目的相關基金資助。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-23928-w

（合肥微尺度物質(zhì)科學國家研究中心、物理學院、科研部）