中国科大在笼目超导体中发现晶格失稳与电子关联协同导致的电荷条纹相
在朗道相变理论中，不同的物相由不同的对称破缺刻画，而相变通常伴随着系统总能量的降低。然而，在高温超导等强电子关联体系中往往存在能量近乎简并的多种电子有序态，它们可以在相图中共存。近年来，这类共存电子序被广泛研究，但由于强电子关联作用的复杂性，致使其潜在的物理机制仍不清晰。能否在相对弱关联的量子材料体系中实现相互交织的电子序并揭示这些近简并有序态之间转变的物理机制成为了一个新的研究思路。
近年来，中国科学技术大学陈仙辉教授团队结合多种测量与调控技术揭示钒基笼目超导中新颖的电子物态和丰富的演生效应：发现了三维电荷密度波诱导的电子向列序（Nature 604, 59–64 (2022)，Nat. Phys. 19, 1143 (2023)，Phys. Rev. X 11, 031026 (2021))，揭示了压力诱导的电荷条纹相与非常规超导电性（Nature 611，682-687 (2022)，Nat. Commun. 12, 3645 (2021)， Sci. Bull. 68, 259-265 (2023))。越来越多的实验证据表明，这些电子有序态之间存在复杂交织和演化。因此，钒基笼目超导体AV3Sb5(A=K, Rb, Cs)提供了一个在弱电子关联背景下研究交织电子有序态以及物理机制的理想平台。
最近，陈仙辉教授团队与合作者通过角分辨光电子能谱（ARPES）、核磁共振（NMR）、扫描隧道显微镜（STM）与第一性原理计算（DFT）等多种技术手段，发现了CsV3Sb5体系中当锡掺杂达到一个较低的临界值时，系统中面内三重调制2×2电荷密度波长程序会突然演化为一种新颖的短程电荷条纹序，同时伴随着超导电性的强烈压制。谱学测量表明该条纹相沿某一个晶格方向呈现出近似3×1调制，诱导了准一维的笼目d能带与其折叠能带之间强烈的准粒子散射，并显著压制了费米能级附近的电子态密度。理论计算表明单向3×1调制对应了CsV3Sb5体系中一个隐藏的晶格不稳定性，它在未掺杂样品中并非能量最低态。锡掺杂在保持笼目晶格完整性的情况下，改变了面外面内晶格常数的比例，从而放大了这一不稳定性。笼目晶格中的非局域电子库仑作用进一步破坏了体系旋转对称性并导致低能态密度的压制。因此，该条纹相的出现与掺杂导致的隐藏晶格不稳定性以及电子的非局域库仑作用密切相关。
图1：锡掺杂CsV3Sb5的相图和新型电荷条纹序的谱学证据
这项工作以“Electronic-Correlation-Assisted Charge Stripe Order in a Kagome Superconductor”为题，于12月1日在线发表在Physical Review X杂志上。中国科大博士生淮琳崴、王竹莹、饶华琛和福州大学副教授韩玉磊为论文的共同第一作者，中国科大陈仙辉教授、吴涛教授、何俊峰教授、王震宇教授为论文的共同通讯作者。
该研究得到国家自然科学基金委、科技部、中国科学院、中央高校基本科研业务费专项资金等资助。
论文链接：https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/hfkr-k2pw
（物理学院、合肥微尺度物质科学国家研究中心、科研部）
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