笼目晶格中的非常规超导：时间反演对称性破缺的深度依赖性
学术
2024-11-14 11:25
福建
笼目（kagome）晶格材料中非常规超导性的发现激起了研究者的广泛兴趣，其独特的几何特性以及承载奇异量子态的潜力备受关注。AV3Sb5（其中A = K, Rb, Cs）作为一种典型的kagome晶格材料，为研究超导性、电荷密度波和时间反演对称性破缺之间的相互作用提供了绝佳平台。最近，一篇发表在《自然通讯》的论文探讨了这些材料中时间反演对称性破缺的深度依赖性性质，揭示了其微观机制的重要线索。kagome晶格，一种由共享三角形组成的二维网络，由于其固有的几何约束和能带结构，为研究新奇量子现象提供了肥沃土壤。AV3Sb5中的kagome晶格由钒原子构成，钒原子中局域的d轨道和电子之间存在复杂的相互作用。AV3Sb5中的非常规超导性具有几个引人注目的特征。首先，其超导转变温度（Tc）相对较高。其次，超导态似乎与电荷密度波共存，电荷密度波是材料中电荷密度周期性调制的现象。这种共存表明电子关联和晶格畸变之间存在复杂的相互作用。AV3Sb5最引人注目的发现之一是在超导转变温度之上，即正常态下就发生了时间反演对称性的破缺。时间反演对称性是物理学中的一个基本对称性，它表明物理规律在时间反演下保持不变。当这种对称性破缺时，意味着出现了新的物理现象，例如磁性或拓扑序。研究采用低能量μ子自旋旋转（μSR），这是一种探测局部磁场并检测材料中时间反演对称性破缺的强大技术。通过在晶格中不同深度植入μ子，研究人员可以获得关于内部磁环境的深度分辨信息。这种方法特别适用于研究表面附近的区域，因为这些区域往往表现出不同于体相的性质。RbV3Sb5 中时间反演对称性破缺的深度依赖性：研究表明，在 RbV3Sb5 中，深度大于 33 纳米时，时间反演对称性破缺现象显著增强。这一发现表明，时间反演对称性破缺并非在材料内部均匀分布，而是随深度变化，可能与晶体内部的结构或电子变化有关。表面效应：在表面附近（深度小于 33 纳米）的 RbV3Sb5 中，观察到 μ 子自旋去极化率显著增加，这表明增强的磁波动或其他动态过程。此效应发生在高于电荷密度波有序开始温度的温度下，这表明时间反演对称性破缺可能先于或共存于电荷密度波形成。比较分析：研究还扩展到 Cs(V0.86Ta0.14)3Sb5，发现时间反演对称性破缺没有显著的深度依赖性。这一对比突显了时间反演对称性破缺的材料特异性，并强调了化学成分和结构因素在调控这些现象中的重要性。在 kagome 超导体中观察到的时间反演对称性破缺深度依赖性对我们理解这些材料具有深远意义。它表明，表面效应和内部结构变化在决定电子和磁性性质方面起着关键作用。时间反演对称性破缺可能在高于电荷密度波转变温度的温度下发生，表明它可能是超导状态的固有特性或其他电子有序的前兆。理论模型需要考虑时间反演对称性破缺、超导性和电荷密度波之间的相互作用。kagome晶格由于其固有的几何挫败和非平凡拓扑态，提供了一个探索这种复杂相互作用的丰富平台。理解时间反演对称性破缺的深度依赖性也为在超导器件中工程表面和界面性质开辟了新途径。
