在kagome金属中发现非常规超导性

PaulScherrerInstitutePSI的物理学家使用先进的μ介子自旋光谱学发现了他们最近在可果美金属方面的突破与非常规超导性之间缺失的联系。该团队发现了一种可以通过压力进行调整的非常规超导性，为工程量子材料提供了令人兴奋的潜力。

一年前，由PSI领导的一组物理学家发现了kagome金属中不寻常的集体电子行为的证据，称为时间反转对称性破坏电荷序——这一发现发表在《自然》杂志上。

尽管这种类型的行为可以暗示非常规超导性的高度理想特性，但缺乏材料表现出非常规超导性的实际证据。现在，在NatureCommunications上发表的一项新研究中，该团队提供了关键证据，证明他们观察到的不寻常电荷顺序与非常规超导性之间存在联系。

所讨论的材料是由钾、钒和锑(KV3Sb5)制成的“kagome”金属。在这里，原子排列在一个由角共享三角形组成的二维晶格中;与日本传统“kagome”篮子的图案相同。正是这种错综复杂的原子排列产生了奇异而受追捧的量子现象。

“许多人对诸如此类的kagome金属做出了有趣的理论预测，但以前很难通过实验证明它们。但现在我们有了通过实验实现这种奇异物理的平台，”Muon自旋光谱实验室的ZurabGuguchia说在领导团队的PSI。

非常规电荷序，非常规超导?

当电子配对成所谓的库珀对时，材料就会超导，从而使电流能够无阻力地流动。在非常规超导体中，电子以任何一种不寻常的构象配对，这与传统超导体中发现的常规电子配对形成对比。

“我们知道KV3Sb5是超导的。我们的问题是，这种超导性的本质是什么：它是像电荷顺序一样非常规，还是完全不相关?”古古奇亚解释道。

介子自旋光谱揭示了潜在的机制是相同的

为了回答这个问题，该团队再次求助于PSI先进的μ子自旋光谱设备，该设备使用植入材料中的自旋极化μ子来测量局部磁性。在这里，他们探测了KV3Sb5和另一种类似的kagome金属RbV3Sb5，其中钾原子被铷取代。

第一步是确认铷戈薇金属表现出与其钾兄弟相同的不寻常电荷顺序。它做了。正如检测到的KV3Sb5一样，在RbV3Sb5中，他们也发现了打破所谓的时间反转对称性的电荷顺序(一种对称性，这意味着无论你观察一个系统向前发展，物理定律都是相同的或时间倒退)。

然后，研究人员可以研究导致这两种材料超导性的电子配对的性质。他们发现了打破时间反演对称性的超导配对状态，自然地将其与他们之前发现的时间反演对称性破缺电荷序联系起来。这表明支持非常规电荷顺序的相同微观机制也可能是非常规超导性的原因。

这是一个惊喜：在这两种材料中，非常规超导性出现的温度远低于电荷排序开始的温度。“这正是因为这两个过程都在争夺相同的电子。因此，如果我们削弱电荷排序，我们就可以推动系统朝着最佳的非常规超导方向发展，”Guguchia解释说。

施加压力让超导占据主导地位

做出这一发现的关键是压力实验，这使团队能够研究电荷顺序与非常规超导性之间的相互作用。通过施加压力，该团队可以将材料推入非常规超导性占主导地位的状态。此外，他们发现压力还会引起超导微观特性的变化，将其从低压下所谓的“节点”超导间隙结构推向高压下的“无节点”。

调整超导性及其微观特性的能力是工程量子材料非常理想的特性。对于像这些可果美金属这样的层状材料尤其如此，在未来可以将层组合起来以创建具有设计量子特征的异质结构。Guguchia说：“因此，特别是现在我们表明非常规超导性很容易通过静水压力进行调节，因此具有很大的潜力。”