8月21日，南方科技大學(xué)（簡稱“南科大”）物理系副教授殷嘉鑫團(tuán)隊(duì)帶領(lǐng)一支由中國、瑞士、德國和新加坡學(xué)者組成的國際團(tuán)隊(duì)在《自然》發(fā)表研究成果。
研究團(tuán)隊(duì)在南科大量子奇點(diǎn)與演生物質(zhì)實(shí)驗(yàn)室中觀測到了手性籠目超導(dǎo)振蕩，將電子譜學(xué)空間能量分辨率提升至1微電子伏特量級，刷新了此前由美國康奈爾大學(xué)美國國家科學(xué)院院士Seamus Davis課題組在2023年創(chuàng)造的10微電子福特量級的世界紀(jì)錄。達(dá)到如此高的分辨率需要同時(shí)做到極低電子溫度（90毫開爾文）、超高空間分辨率（0.1埃）以及超隧微分電導(dǎo)高信噪比（300倍），展示了研究人員精湛的實(shí)驗(yàn)技藝。
磁性與超導(dǎo)一般被認(rèn)為是兩種互斥的量子態(tài)。2022年，殷嘉鑫團(tuán)隊(duì)搭建了極低溫超高能量分辨率的掃描隧道顯微鏡系統(tǒng)，采用潘氏馬達(dá)技術(shù)路線，探索對籠目磁體進(jìn)行量子調(diào)控以實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)以及對已知的籠目超導(dǎo)體進(jìn)行高分辨率的譜學(xué)表征，探究其可存在的時(shí)間反演對稱性破缺性質(zhì)。
該研究中，殷嘉鑫團(tuán)隊(duì)在籠目超導(dǎo)體KV3Sb5和CsV3Sb5中觀測到的手性超導(dǎo)能隙振蕩，振蕩周期為2×2；在動(dòng)量空間中2×2的三組散射峰強(qiáng)度不同，由弱到強(qiáng)的旋轉(zhuǎn)方向可以定義出超導(dǎo)能隙震蕩的手性。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，超導(dǎo)能隙振蕩的手性可以被施加的外磁場調(diào)控成順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。進(jìn)一步地，研究團(tuán)隊(duì)用超導(dǎo)針尖實(shí)現(xiàn)了超導(dǎo)約瑟夫森隧道結(jié)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。
這一研究指出，研究團(tuán)隊(duì)得出籠目超導(dǎo)體的手性配對密度波破壞了時(shí)間反演對稱性，其散射周期被確定為與體態(tài)電荷序吻合的2×2，厘清了學(xué)術(shù)界在配對密度波波矢上的爭議。
此前，殷嘉鑫團(tuán)隊(duì)在《物理學(xué)報(bào)》撰寫的評論文章指出，在配對密度波存在的情況下，超導(dǎo)能隙只在動(dòng)量空間的部分費(fèi)米面打開，而系統(tǒng)中可以存在殘留的費(fèi)米面作為波戈留波夫費(fèi)米面，并與能隙的振蕩形成嚴(yán)格的實(shí)空間-動(dòng)量空間對應(yīng)關(guān)系。這層對應(yīng)關(guān)系可以為有限動(dòng)量電子配對提供證據(jù)鏈。
基于這一思路，研究人員系統(tǒng)測量了不同溫度下的準(zhǔn)粒子散射譜，用以探測費(fèi)米面的形狀。他們發(fā)現(xiàn)在遠(yuǎn)低于超導(dǎo)轉(zhuǎn)變的溫度下，系統(tǒng)依然保留有費(fèi)米弧，這為波戈留波夫費(fèi)米面的存在提供了證據(jù)。
殷嘉鑫團(tuán)隊(duì)還通過建立超導(dǎo)序參量的振蕩與波戈留波夫費(fèi)米面在幾何上的聯(lián)系，揭示了籠目超導(dǎo)體基態(tài)的非常規(guī)特性：空間均一的超導(dǎo)主要發(fā)生在Sb的p軌道上，而非V的d軌道，這種特殊的p-d軌道混合的手性配對密度波，為理解磁性超導(dǎo)提供了新的理論框架。此外，研究過程中的觀測和分析為有限動(dòng)量配對的磁性超導(dǎo)態(tài)提供了完整的證據(jù)鏈。
相關(guān)論文信息：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07798-y
籠目超導(dǎo)體內(nèi)手性超導(dǎo)振蕩示意圖 研究團(tuán)隊(duì)供圖
本文鏈接：http://www.3ypm.com.cn/news-8-7017-0.html刷新電子譜學(xué)空間能量分辨率，磁性超導(dǎo)獲新突破
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