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撲存在的情況下，研究電子關聯(lián)提供了一個激動人心的平臺，并不斷帶來驚喜，在高鴻鈞院士/汪自強教授Nature超導領域新發(fā)現(xiàn)后，來自美國波斯頓學院的Ilija Zeljkovic等研究者同一天報道了使用光譜成像掃描隧道顯微鏡發(fā)現(xiàn)一個新的kagome超導體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)是一個探索新的相關和拓撲電子現(xiàn)象的迷人游樂場。由于其固有的幾何受挫，kagome系統(tǒng)預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等。到目前為止，大多數(shù)實驗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了低溫電子基態(tài)。在沒有磁有序的情況下，電子關聯(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)在非平凡的拓撲環(huán)境中顯示出了不尋常的電子行為，比如巨大的異?；魻栱憫醋杂诰薮蟮呢惱锴?，以及kagome系統(tǒng)中罕見的超導現(xiàn)象。理論表明，AV3Sb5的能帶結(jié)構(gòu)具有非平凡的拓撲不變量，并結(jié)合顯現(xiàn)的超導性，在鐵基高Tc超導體家族中與拓撲金屬形成有趣的平行關系。由于費米能級附近的van Hove奇點和費米表面的準一維區(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態(tài)提供了理想的場所。雖然理論預測了kagome晶格電子結(jié)構(gòu)的空間對稱破缺的許多可能性，但它們的實驗實現(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)關系，可檢測為不同的電荷有序態(tài)和各向異性準粒子散射特征。這些相在正常狀態(tài)下發(fā)展，并在超導Tc以下持續(xù)存在。實驗證明，CsV3Sb5中的超導性，來自于本應破缺的旋轉(zhuǎn)和平移對稱的電子態(tài)，并與之共存。在遠高于超導躍遷溫度(Tc~2.5 K)的溫度下，研究者揭示了一個具有2a0周期的三元電荷序，打破了晶格的平移對稱性。當系統(tǒng)冷卻到Tc時，研究者在費米能級上觀察到一個顯著的V型光譜缺口，并在超導躍變過程中持續(xù)破壞了六重旋轉(zhuǎn)對稱性。在微分電導圖中，出現(xiàn)了額外的4a0單向電荷階和強各向異性散射。后者可直接歸因于釩kagome能帶的軌道選擇重正化。該實驗揭示了可在kagome晶格上共存的復雜電子態(tài)，并提供了與高溫超導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準粒子干涉(QPI)中旋轉(zhuǎn)對稱破缺的可視化研究。

未來的實驗，應該通過更詳細的溫度、能量和摻雜相關的測量來解決不同相之間的競爭，同時也要尋找本征拓撲超導性和非平凡能帶拓撲預計會出現(xiàn)的Majorana模式的證據(jù)。