最近，物質學院齊彥鵬課題組和顏世超課題組合作，在具有籠目結構（Kagome）超導材料CsV3Sb5的研究中取得重要進展：研究人員發現了這種超導材料的兩種電荷密度波態，及其在壓力下超導電性的增强現象。該成果以“Charge Density Wave Orders and Enhanced Superconductivity under Pressure in the Kagome Metal CsV3Sb5”為題於9月3日發表在國際期刊《先進材料》（Advanced Materials）上。
籠目結構，又稱Kagome結構，是一種由共角連接的三角形構成的結構。1951年時任大阪大學教授的伏見康治與莊司一郎在Physics Today上首次提出了Kagome晶格這一概念。Kagome晶格具有獨特的電子結構。現時，具有Kagome晶格的資料已經呈現出了量子自旋液體、磁性外爾費米子、手性反常等物理性質。此外，理論預言在平帶體系或者摻雜的Kagome晶格中有可能存在超導電性。然而實際的Kagome體系中超導電性的研究還非常少。
圖.CsV3Sb5的晶體結構，STM和P-Tc相圖
近期，具有釩基Kagome晶格的非磁性拓撲金屬家族AV3Sb5（A = K，Rb，Cs）引起了廣泛的研究興趣。與以往研究的Kagome資料不同，這類化合物在常壓下同時具有超導電性和電荷密度波（CDW）態。研究團隊成功生長了高品質的CsV3Sb5（Tc= 2.5 K）單晶樣品，並對CDW以及壓力效應進行了深入研究。高解析度掃描隧道顯微鏡量測證實CsV3Sb5中存在2×2週期的CDW結構，這與理論計算的2×2超結構結果一致。此外，研究人員還發現了另外一種具有1×4週期的CDW結構，這種條紋狀的超結構尚未在其姊妹化合物KV3Sb5或其他Kagome資料中觀察到。在此基礎上，研究團隊研究了該體系中超導與CDW對壓力的響應。隨著施加壓力，CDW被迅速壓制，而超導轉變溫度急劇提高，最高臨界轉變溫度可達~ 8.2K，這表明該體系中CDW態和超導電性之間存在明顯的競爭相互作用。更有趣的是，該資料在更高壓力下（15 GPa）又出現超導再進入行為。研究表明，新型釩基Kagome資料是探索超導電性和CDW之間相互作用的一個新平臺，對於研究電子關聯效應具有重要的意義。
物質學院齊彥鵬課題組博士後王琦和顏世超課題組2019級研究生孔朋飛為論文共同第一作者，齊彥鵬和顏世超為共同通訊作者，上海科技大學為第一完成單位。文章的合作者還包括物質學院陳宇林、李軍、李剛、史武軍以及中國人民大學雷和暢。該研究得到了上海科技大學啟動資金、國家重點研發計畫項目、國家自然科學基金、上海市自然科學基金、北京市自然科學基金以及上科大物質學院分析測試平臺的支持。
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https://doi.org/10.1002/adma.202102813
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