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受挫晶格幾何、非平凡帶拓撲和相關(guān)之間的相互作用產(chǎn)生了籠目系統(tǒng)中豐富的物質(zhì)量子態(tài)。該家族的一系列新成員AV₃Sb₅ (A = K, Rb或Cs)表現(xiàn)出一系列對稱破缺轉(zhuǎn)變，涉及3Q手性電荷有序，電子向列性，旋轉(zhuǎn)對密度波和超導(dǎo)性。

但，超導(dǎo)序的性質(zhì)，還有待解決。

在此，來自北京理工大學(xué)的王秩偉&西湖大學(xué)的吳從軍和林效等研究者在本征CsV₃Sb₅薄片中發(fā)現(xiàn)了具有邊界超電流的動態(tài)超導(dǎo)疇。相關(guān)論文以題為“Superconducting diode effect and interference patterns in 籠目 CsV₃Sb₅”于2024年05月15日發(fā)表在Nature上。

具有復(fù)序參數(shù)的手性超導(dǎo)體，會自發(fā)地破壞時間反演對稱性。某些類型的手性超導(dǎo)體在拓撲上是非平凡的，它們的間隙函數(shù)在費米表面上表現(xiàn)出相纏繞。它們可以用于探索手性邊緣態(tài)和Majorana零模式，并顯示出容錯拓撲量子計算的前景。

展示手性對對稱的一個著名的例子是超流體³He-A相。在電子材料中，已經(jīng)報道了TRS-破壞的證據(jù)，包括Sr₂RuO₄, UPt₃和UTe₂。然而，在超導(dǎo)疇邊界上明確地證明手性邊緣超電流(Ie)，仍然是一個懸而未決的目標(biāo)。

AV₃Sb₅(A = K, Rb或Cs)表現(xiàn)出豐富的相圖，表現(xiàn)出幾個相互交織的順序之間復(fù)雜的相互作用。這暗示了它是一種非常規(guī)超導(dǎo)體的可能性，但配對對稱性仍不清楚。

累積的證據(jù)，包括核四極共振，隧道二極管振蕩器，電子輻照和角分辨光發(fā)射光譜，令人驚訝地表明存在無節(jié)點，自旋單線態(tài)和幾乎各向同性超導(dǎo)隙。從理論角度來看，文獻中提出了具有全間隙復(fù)合隙函數(shù)的手性超導(dǎo)態(tài)。

與此相關(guān)的線索是難以捉摸的，只能從μ子自旋光譜中獲得，能夠探測到破碎TRS的信號。相敏探頭是至關(guān)重要的，但仍然缺乏。在這里，研究者用相敏測量方法給出了CsV₃Sb₅中具有邊界超電流的動態(tài)超導(dǎo)疇的特征。

CsV₃Sb₅具有由V₃Sb₅板和Cs層交替堆疊而成的六角形結(jié)構(gòu)，其中釩離子形成籠目網(wǎng)(圖1a)。為了測量，通過機械剝離高質(zhì)量單晶的納米薄片，制備了三個器件(D1, D2和D3)。

圖1 零場超導(dǎo)二極管。

在此，研究者在本征CsV₃Sb₅薄片中發(fā)現(xiàn)了具有邊界超電流的動態(tài)超導(dǎo)疇。在熱歷史調(diào)制極性的情況下，觀察到無磁場超導(dǎo)二極管效應(yīng)，表明在自發(fā)時間反演對稱破缺背景下存在動態(tài)超導(dǎo)有序疇。在外加磁場作用下，臨界電流表現(xiàn)出雙縫超導(dǎo)干涉模式。

圖案的特性是通過熱循環(huán)調(diào)制的。這些現(xiàn)象是由周期調(diào)制的超電流沿一定的流態(tài)量子化約束的域邊界流動的結(jié)果。該研究結(jié)果暗示了一種時間反演對稱性破缺的超導(dǎo)秩序，為在這個有趣的拓撲籠目系統(tǒng)中探索奇異物理(例如Majorana零模式)開辟了可能性。

圖2 在1.4 K下測量的CsV₃Sb₅片的SIPs。

圖3 D1的SIPs溫度演化。

圖4 D2在1.9 K下測量的SIPs的熱調(diào)制。

綜上所述，來自SDEs和SIPs的累積證據(jù)有力地支持CsV₃Sb₅中存在具有邊界超流的破TRS超導(dǎo)疇。然而，其配對狀態(tài)的具體性質(zhì)仍然是一個懸而未決的問題。

本文所采用的方法可以為檢測疇邊超電流提供一種簡單的探針，這將有助于手性超導(dǎo)體的探索。然而，研究者承認控制CsV₃Sb₅超導(dǎo)疇結(jié)構(gòu)的組織規(guī)則仍然是未知的，并且超出了研究者的實驗工作范圍。

全面了解整個情況需要進一步的理論努力。實驗上，具有I_e的微尺寸域可以通過掃描探針成像，例如掃描SQUID或掃描NV中心，具有更高的空間分辨率。

【參考文獻】

Le, T., Pan, Z., Xu, Z. et al. Superconducting diode effect and interference patterns in kagome CsV₃Sb₅. Nature (2024).

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