揭秘磁性超导，南方科技大学最新Nature！

一、【科学背景】

磁性与超导一般被认为是两种互斥的量子态，然而物理巨匠Matthias和Anderson早在1958年就考虑过二者在晶格阻挫体系中的关联，并提出了磁性超导的可能性。笼目（kagome）晶格是由两个共享顶角的三角形构成的，电子结构展示出平带、范霍夫奇点以及Dirac点，因而具有十分丰富的物性。近年来，AV₃Sb₅ (A = K, Rb, Cs)体系成功被合成，并发现具有电荷密度波、非平庸拓扑性质、独特的压力依赖的超导相图，因此激起了人们对AV₃Sb₅材料探索热潮。涉及有限动量配对的超导性会导致空间能隙和对密度调制，以及超导能隙内的Bogoliubov费米态。然而，电荷序和基态超导电性之间的相互作用在实验和理论中仍然难以捉摸。

二、【创新成果】

基于此，南方科技大学殷嘉鑫副教授联合中国科学院物理研究所石友国研究员、北京理工大学王秩伟研究员、中国科学院理论物理研究所吴贤新副研究员等人在Nature发表了题为“Chiral kagome superconductivity modulations with residual Fermi arcs”的研究论文，通过1μeV量级的超高电子谱学空间能量分辨率，观测到在kagome超导体KV₃Sb₅和CsV₃Sb₅中的手性超导能隙振荡，振荡周期为2×2。在动量空间中2×2的三组散射峰强度不同，由弱到强的旋转方向可以定义出超导能隙震荡的手性。通过实验发现，超导能隙振荡的手性可以被施加的外磁场调控成顺时针或者逆时针旋转。研究人员进一步用超导针尖实现了超导Josephson隧道结来探测局域配对电子密度，并观测配对电子密度为2×2的手性振荡。综合以上发现，研究人员得出kagome超导体的手性配对密度波证据，这种配对密度波破坏时间反演对称性，其散射周期被确定为与体态电荷序吻合的2×2，厘清了学术界在配对密度波波矢上的争议。 

图1  电荷序kagome超导体 © 2024 Springer Nature

图2  超导能隙振荡和配对电子密度振荡调制 © 2024 Springer Nature

图3  手性2×2能隙振荡和配对电子密度调制 © 2024 Springer Nature

图4  轨道选择性PDW下的剩余费米弧 © 2024 Springer Nature

图5  有限动量配对超导的证据链 © 2024 Springer Nature

三、【科学启迪】

综上所述，研究人员搭建了极低温超高能量分辨率的扫描隧道显微镜系统，采用了潘氏马达技术路线，对已知的笼目超导体进行高分辨率的谱学表征，探究其可存在的时间反演对称性破缺性质，研究过程中的观测和分析最终为有限动量配对的磁性超导态提供了完整的证据链。值得注意的是，在此项目中实验探测到的能隙振荡的空间能量分辨率达到了1μ eV量级，刷新了此前由美国康奈尔大学美国国家科学院院士Seamus Davis课题组在2023年创造的10μeV量级的世界纪录。达到如此高的分辨率需要同时做到极低电子温度（90 mK），超高空间分辨率（0.1 Å），以及超隧微分电导高信噪比（300倍），显示出了研究人员精湛的实验技艺。

原文详情：Chiral kagome superconductivity modulations with residual Fermi arcs (Nature 2024, 632, 775-781)

本文由大兵哥供稿。