中國科大在籠目超導體中發現晶格失穩與電子關聯協同導致的電荷條紋相
在朗道相變理論中，不同的物相由不同的對稱破缺刻畫，而相變通常伴隨著系統總能量的降低。然而，在高溫超導等強電子關聯體系中往往存在能量近乎簡并的多種電子有序態，它們可以在相圖中共存。近年來，這類共存電子序被廣泛研究，但由于強電子關聯作用的復雜性，致使其潛在的物理機制仍不清晰。能否在相對弱關聯的量子材料體系中實現相互交織的電子序并揭示這些近簡并有序態之間轉變的物理機制成為了一個新的研究思路。
近年來，中國科學技術大學陳仙輝教授團隊結合多種測量與調控技術揭示釩基籠目超導中新穎的電子物態和豐富的演生效應：發現了三維電荷密度波誘導的電子向列序（Nature 604, 59–64 (2022)，Nat. Phys. 19, 1143 (2023)，Phys. Rev. X 11, 031026 (2021))，揭示了壓力誘導的電荷條紋相與非常規超導電性（Nature 611，682-687 (2022)，Nat. Commun. 12, 3645 (2021)， Sci. Bull. 68, 259-265 (2023))。越來越多的實驗證據表明，這些電子有序態之間存在復雜交織和演化。因此，釩基籠目超導體AV3Sb5(A=K, Rb, Cs)提供了一個在弱電子關聯背景下研究交織電子有序態以及物理機制的理想平臺。
最近，陳仙輝教授團隊與合作者通過角分辨光電子能譜（ARPES）、核磁共振（NMR）、掃描隧道顯微鏡（STM）與第一性原理計算（DFT）等多種技術手段，發現了CsV3Sb5體系中當錫摻雜達到一個較低的臨界值時，系統中面內三重調制2×2電荷密度波長程序會突然演化為一種新穎的短程電荷條紋序，同時伴隨著超導電性的強烈壓制。譜學測量表明該條紋相沿某一個晶格方向呈現出近似3×1調制，誘導了準一維的籠目d能帶與其折疊能帶之間強烈的準粒子散射，并顯著壓制了費米能級附近的電子態密度。理論計算表明單向3×1調制對應了CsV3Sb5體系中一個隱藏的晶格不穩定性，它在未摻雜樣品中并非能量最低態。錫摻雜在保持籠目晶格完整性的情況下，改變了面外面內晶格常數的比例，從而放大了這一不穩定性。籠目晶格中的非局域電子庫侖作用進一步破壞了體系旋轉對稱性并導致低能態密度的壓制。因此，該條紋相的出現與摻雜導致的隱藏晶格不穩定性以及電子的非局域庫侖作用密切相關。
圖1：錫摻雜CsV3Sb5的相圖和新型電荷條紋序的譜學證據
這項工作以“Electronic-Correlation-Assisted Charge Stripe Order in a Kagome Superconductor”為題，于12月1日在線發表在Physical Review X雜志上。中國科大博士生淮琳崴、王竹瑩、饒華琛和福州大學副教授韓玉磊為論文的共同第一作者，中國科大陳仙輝教授、吳濤教授、何俊峰教授、王震宇教授為論文的共同通訊作者。
該研究得到國家自然科學基金委、科技部、中國科學院、中央高校基本科研業務費專項資金等資助。
論文鏈接：https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/hfkr-k2pw
（物理學院、合肥微尺度物質科學國家研究中心、科研部）
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