中國(guó)科學(xué)院物理研究所發(fā)現(xiàn)“籠目”超導(dǎo)體中低能集體激發(fā)模

　　超導(dǎo)態(tài)是庫(kù)珀對(duì)凝聚后形成的宏觀量子液體態(tài)，由包含能隙的大小(Δ)及相位(?)等超導(dǎo)序參量描述?；诔瑢?dǎo)序參量的集體激發(fā)模式的研究可以深入理解庫(kù)珀對(duì)的配對(duì)對(duì)稱性和軌道性質(zhì)，對(duì)探索研究多分量的新型超導(dǎo)體以及超導(dǎo)配對(duì)機(jī)制具有重大的意義。目前，與超導(dǎo)相關(guān)的超導(dǎo)集體激發(fā)模僅在在少數(shù)幾種常規(guī)超導(dǎo)體中被觀測(cè)到。但是，對(duì)于揭示及描述超導(dǎo)體中激發(fā)模與超導(dǎo)電性的普適關(guān)系，還需要研究更多超導(dǎo)體，尤其是研究新型多分量超導(dǎo)體中的超導(dǎo)集體激發(fā)模。這也是當(dāng)前超導(dǎo)物理研究的挑戰(zhàn)之一。
 

　　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研究團(tuán)隊(duì)陳輝副研究員、博士生胡彬、耶郁晗與合作者首先研究了高質(zhì)量新型層狀籠目結(jié)構(gòu)超導(dǎo)體CsV3-xTaxSb5的低能電子態(tài)，給出了超導(dǎo)電性和低能集體激發(fā)模在不同Ta摻雜情況下的演化規(guī)律。其主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)如下：1. 在CsV3-xTaxSb5中觀測(cè)到兩種類型的超導(dǎo)能隙，分別具有各向異性和各向同性的能隙結(jié)構(gòu)。隨著引入Ta元素替換V元素，兩種超導(dǎo)能隙逐漸靠近并趨向一致，最后同步增大；2. 通過掃描隧道譜確認(rèn)了在超導(dǎo)能隙尺度下低能集體激發(fā)模的存在，隨著Ta摻雜濃度的增大，長(zhǎng)程電荷密度波逐漸減弱并在高摻雜的條件下完全被抑制，同時(shí)這一低能集體激發(fā)模的能量逐漸減小并遠(yuǎn)離超導(dǎo)能隙；3. 給出了超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度與這一低能集體激發(fā)模能量的反關(guān)聯(lián)關(guān)系，即越高的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度給出越低能的集體激發(fā)模；4. 提出了Higgs-Leggett機(jī)制，指出這一低能集體激發(fā)?？赡茉从诓煌瑢?dǎo)配對(duì)分量通道中的相對(duì)相位漲落，并與超導(dǎo)能隙大小漲落的集體激發(fā)模相耦合。
 

　　該研究首次在原子尺度下發(fā)現(xiàn)了籠目超導(dǎo)中源于超導(dǎo)序參量的低能集體激發(fā)模式，對(duì)進(jìn)一步研究籠目超導(dǎo)體的超導(dǎo)機(jī)理、超導(dǎo)電性與電荷密度波、配對(duì)密度波之間的關(guān)系，以及探索具有更高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的新型多分量超導(dǎo)體具有重大的意義。
 

　　本工作受到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和中國(guó)科學(xué)院的資助下。中國(guó)科學(xué)院物理研究所楊海濤研究員、趙振博士，美國(guó)波士頓學(xué)院Ziqiang Wang(汪自強(qiáng))教授等也參與了本工作。相關(guān)成果以“Evidence of a distinct collective mode in Kagome superconductors”為題發(fā)表于Nature Commun. 15, 6109 (2024)。文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-50330-z。
 

　　圖 “籠目”超導(dǎo)體中低能集體激發(fā)模. (左)CsV3-xTaxSb5中超導(dǎo)能隙與玻色模的觀測(cè)與分析；(右)多帶超導(dǎo)體中超導(dǎo)振幅模式與相位模式相互耦合的Higgs-Legget機(jī)制圖像。