籠目晶格(kagome)材料具有獨(dú)特的共頂點(diǎn)三角形二維網(wǎng)格，從而呈現(xiàn)幾何阻挫、平帶、狄拉克交點(diǎn)，范霍夫奇異點(diǎn)、拓?fù)淠軒б约白泳Ц窳孔痈缮嫘?yīng)等特征，孕育了豐富的量子物態(tài)。基于過(guò)渡金屬的籠目晶格化合物，是探索幾何阻挫、關(guān)聯(lián)效應(yīng)、磁性及拓?fù)涞蓉S富物理性質(zhì)的重要材料體系。近年來(lái)籠目金屬AV3Sb5(A=K, Rb, Cs) 中涌現(xiàn)出豐富的量子物性，其非常規(guī)電荷密度波與超導(dǎo)競(jìng)爭(zhēng)，并與多種對(duì)稱性破缺(空間平移對(duì)稱性、空間旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性和時(shí)間反演對(duì)稱性等)相互交纏。因此探索合成全新的、沒(méi)有電荷密度波序的籠目超導(dǎo)材料，在研究電子關(guān)聯(lián)、對(duì)稱性破缺以及拓?fù)淞孔游飸B(tài)方面具有重要意義。
 

　　中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心高鴻鈞院士帶領(lǐng)的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)對(duì)新型籠目材料的創(chuàng)制及其物性進(jìn)行了探索研究。楊海濤研究員和博士生趙振經(jīng)過(guò)大量摸索，成功合成出全新的鈦基籠目超導(dǎo)體CsTi3Bi5(CTB)；中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(國(guó)科大)周武教授等對(duì)樣品原子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了掃描透射電子顯微學(xué)分析；中國(guó)科學(xué)院物理所董曉莉研究員、博士生劉家利和張宇航等進(jìn)行了宏觀物性測(cè)量；博士生耶郁晗和陳輝副研究員等利用極低溫-強(qiáng)磁場(chǎng)掃描隧道顯微鏡/譜研究了該體系的超導(dǎo)能隙與對(duì)稱性破缺電子態(tài)；美國(guó)波士頓學(xué)院Ziqiang Wang(汪自強(qiáng))教授、國(guó)科大蘇剛教授和博士生易鑫偉等開(kāi)展了相關(guān)理論研究。他們發(fā)現(xiàn)：1)在超導(dǎo)態(tài)下，CTB表面展現(xiàn)出兩種類型的能隙特征，約瑟夫森掃描隧道譜進(jìn)一步證實(shí)能隙起源于其超導(dǎo)電性；2)兩種超導(dǎo)能隙均在面內(nèi)磁場(chǎng)下呈現(xiàn)出二重對(duì)稱而非晶格的六重對(duì)稱，體現(xiàn)了超導(dǎo)態(tài)具旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性破缺的特性。3)在正常態(tài)，CTB的形貌呈現(xiàn)出與晶體結(jié)構(gòu)相匹配的六重對(duì)稱性，但其準(zhǔn)粒子干涉圖樣呈現(xiàn)出二重旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性，極軸的極大值方向與超導(dǎo)能隙極軸的極大值方向一致，揭示了CTB中內(nèi)稟的電子向列相。
 

　　該研究成果成功地創(chuàng)制了全新鈦基籠目超導(dǎo)體CsTi3Bi5材料，發(fā)現(xiàn)了其超導(dǎo)電性和旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性破缺的電子向列相，表明該CTB籠目材料在超導(dǎo)、拓?fù)洹㈦姾尚虻蓉S富的物性方面具有巨大的研究潛力，對(duì)超導(dǎo)配對(duì)機(jī)制、超導(dǎo)電性和旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性破缺之間的關(guān)聯(lián)具有重要意義。
 

　　相關(guān)成果以“Superconductivity and nematic order in a new titanium-based kagome metal CsTi3Bi5 without charge density wave order” 為題發(fā)表于Nature Communications 15, 9626 (2024)。本工作受到科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和中國(guó)科學(xué)院的資助。
 

　　圖： CsTi3Bi5的晶體結(jié)構(gòu)示意圖、超導(dǎo)電性研究、超導(dǎo)和正常態(tài)時(shí)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性破缺