顆粒在線訊：過渡金屬原子的kagome晶格，為在幾何受挫和非平凡能帶拓?fù)浯嬖诘那闆r下，研究電子關(guān)聯(lián)提供了一個(gè)激動(dòng)人心的平臺(tái)，并不斷帶來驚喜，在高鴻鈞院士/汪自強(qiáng)教授Nature超導(dǎo)領(lǐng)域新發(fā)現(xiàn)后，來自美國波斯頓學(xué)院的Ilija Zeljkovic等研究者同一天報(bào)道了使用光譜成像掃描隧道顯微鏡發(fā)現(xiàn)一個(gè)新的kagome超導(dǎo)體CsV3Sb5中不同的對稱破缺電子態(tài)作為溫度的函數(shù)級聯(lián)。相關(guān)論文以題為“Cascade of correlated electron states in a kagome superconductor CsV3Sb5”發(fā)表在Nature上。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03946-w

由原子組成的量子固體排列在共享角三角形的晶格上(kagome晶格)是一個(gè)探索新的相關(guān)和拓?fù)潆娮蝇F(xiàn)象的迷人游樂場。由于其固有的幾何受挫，kagome系統(tǒng)預(yù)測具有一系列奇異的電子態(tài)，如鍵和電荷有序，自旋液相和手性超導(dǎo)等。到目前為止，大多數(shù)實(shí)驗(yàn)工作都集中在過渡金屬kagome磁體上，例如Co3Sn2S2、FeSn和Fe3Sn2，其中不同形式的磁性主導(dǎo)了低溫電子基態(tài)。在沒有磁有序的情況下，電子關(guān)聯(lián)在原則上有利于出現(xiàn)新的對稱破缺電子態(tài)，但由于磁有序的趨勢，這在許多現(xiàn)有的kagome材料中很難探索。

AV3Sb5 (A=K, Rb, Cs)，是最近發(fā)現(xiàn)的一類不呈現(xiàn)可分辨磁序的kagome金屬。這類材料已經(jīng)在非平凡的拓?fù)洵h(huán)境中顯示出了不尋常的電子行為，比如巨大的異?；魻栱憫?yīng)，源自于巨大的貝里曲率，以及kagome系統(tǒng)中罕見的超導(dǎo)現(xiàn)象。理論表明，AV3Sb5的能帶結(jié)構(gòu)具有非平凡的拓?fù)洳蛔兞?，并結(jié)合顯現(xiàn)的超導(dǎo)性，在鐵基高Tc超導(dǎo)體家族中與拓?fù)浣饘傩纬捎腥さ钠叫嘘P(guān)系。由于費(fèi)米能級附近的van Hove奇點(diǎn)和費(fèi)米表面的準(zhǔn)一維區(qū)域造成的態(tài)密度大，也為在kagome晶格上尋找難以捉摸的相關(guān)態(tài)提供了理想的場所。雖然理論預(yù)測了kagome晶格電子結(jié)構(gòu)的空間對稱破缺的許多可能性，但它們的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)一直具有挑戰(zhàn)性。

在這里，研究者利用光譜成像掃描隧道顯微鏡(SI-STM)，在kagome超導(dǎo)體CsV3Sb5中發(fā)現(xiàn)了對稱破缺相的級聯(lián)與溫度的函數(shù)關(guān)系，可檢測為不同的電荷有序態(tài)和各向異性準(zhǔn)粒子散射特征。這些相在正常狀態(tài)下發(fā)展，并在超導(dǎo)Tc以下持續(xù)存在。實(shí)驗(yàn)證明，CsV3Sb5中的超導(dǎo)性，來自于本應(yīng)破缺的旋轉(zhuǎn)和平移對稱的電子態(tài)，并與之共存。在遠(yuǎn)高于超導(dǎo)躍遷溫度(Tc~2.5 K)的溫度下，研究者揭示了一個(gè)具有2a0周期的三元電荷序，打破了晶格的平移對稱性。當(dāng)系統(tǒng)冷卻到Tc時(shí)，研究者在費(fèi)米能級上觀察到一個(gè)顯著的V型光譜缺口，并在超導(dǎo)躍變過程中持續(xù)破壞了六重旋轉(zhuǎn)對稱性。在微分電導(dǎo)圖中，出現(xiàn)了額外的4a0單向電荷階和強(qiáng)各向異性散射。后者可直接歸因于釩kagome能帶的軌道選擇重正化。該實(shí)驗(yàn)揭示了可在kagome晶格上共存的復(fù)雜電子態(tài)，并提供了與高溫超導(dǎo)體和扭曲雙層石墨烯有趣的相似之處。

圖1 表面表征。

圖2 大尺度電子特性。

圖3 低溫下電荷有序。

圖4 CsV3Sb5準(zhǔn)粒子干涉(QPI)中旋轉(zhuǎn)對稱破缺的可視化研究。

未來的實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該通過更詳細(xì)的溫度、能量和摻雜相關(guān)的測量來解決不同相之間的競爭，同時(shí)也要尋找本征拓?fù)涑瑢?dǎo)性和非平凡能帶拓?fù)漕A(yù)計(jì)會(huì)出現(xiàn)的Majorana模式的證據(jù)。