戈薇(戈薇日语)
通过结构设计，将固体材料晶格中的原子以特定的方式排列，可以有效控制电子自旋、电荷和轨道自由度之间的相互作用，进而实现不同的奇异状态。
例如，准二维Kagome晶格是研究几何挫折、非平庸拓扑能带以及各种电子自由度耦合与竞争的重要平台。最近发现的具有完美V-离子二维戈薇晶格的AV3Sb5 (A = K，Rb，Cs)引起了广泛关注。实验结果表明，AV3Sb5体系在78-103 K高温下发生电荷密度类波(CDW)相变，在0.93-2.5 K低温下发生超导。同时，角分辨光电子能谱(ARPES)和第一性原理计算表明，该体系在费米能级附近具有大量具有Z2拓扑性质的线性分散的非平庸能带结构。此外，该系统在低温下存在巨大的反常霍尔效应。扫描隧道显微镜发现CDW是三维的，相变温度以下的手性电荷序列可能与反常霍尔效应密切相关。近年来，人们对AV3Sb5体系的类CDW相变和超导性进行了大量的理论和实验研究。由于该体系中存在多种有序态和奇异物理性质，通过进一步调控不同基态的竞争和演化，将有助于深入理解奇点的起源。
近日，中国科学院物理研究所/北京国家凝聚态物理研究中心EX6组博士生陈柯宇、王宁宁、孙建平，凝聚态理论与材料计算重点实验室T06组特聘研究员姜昆，中国人民大学胡江平、雷和昌教授，日本东京大学Yoshiya Uwatoko教授， 借助活塞缸压力室和六角砧大室高压低温物性测量装置，在6.6 GPa静水压力、1.5 K最低温度、8 T磁场的综合极端环境下，对优质CsV3Sb5单晶进行了细致的高压磁电输运和磁性测量。 结果表明，高压逐渐抑制了CsV3Sb5单晶的CDW，但其超导相呈现非单调的双拱形相图。这与CDW在中压区的特征变化密切相关。最后，在CDW消失的2 GPa临界压力附近，其超导Tc上升到8 K左右，比常压Tc高出近3倍。这些结果对于理解AV3Sb5体系中竞争电子的有序性和相互作用具有重要意义。
图1。CsV3Sb5单晶电阻率和电阻率导数在0-2.2 GPA范围内的温度依赖性。
首先，他们利用活塞缸压力室测量了CsV3Sb5单晶在0-2.2兆帕范围内的电阻率-温度关系。如图1所示，CDW相变显示电阻率急剧向下弯曲，这对应于电阻率导数的峰值，并且随着压力的增加，CDW逐渐被抑制。但在0.6-0.9GPa时，CDW电阻特性由向下弯曲变为向上凸出，相应的电阻率导数也由峰值变为深谷。这表明压力导致了CDW的地产变化。随着压力进一步增加到2GPa左右，CDW被完全压制。高压电阻率和交流磁化率显示(图2)随着压力的逐渐增加，其超导Tc呈现非单调变化。在中等压力范围内，由于超导性和CDW之间的竞争更加明显，超导跃迁进一步拓宽，超导体积分数明显降低。
图2。不同压力下CSV3Sb5单晶的低温电阻率和磁化率数据。
根据上述结果，可以建立CsV3Sb5单晶的温度-压力相图，如图3所示。从相图可以看出，高压单调抑制CDW，但其超导Tc(P)表现出M形的非单调演化行为，其临界场也表现出双峰特征。由于临界场与电子的有效质量正相关，CDW消失对应的Pc2和超导Tcmax ≈ 8 K的最大值可能具有量子临界点的特征，Pc1是否也对应量子临界点值得进一步研究。为了理解上面的高压相图，他们还计算了不同压力下CsV3Sb5的电子能带结构。
图3。CSV3Sb5单晶的温度-压力相图。
如图4所示，由于高压下C轴比A轴下降更快，其电子结构沿C轴的分散更明显。高压下CDW波矢量沿C轴的消失可能是Pc1中第一个超导圆顶的原因，这也可以理解电阻率和电阻率导数的异常现象。上述研究结果为进一步理解戈薇超导体AV3Sb5中的物理现象提供了新的视角，同时也为理解多个电子订单之间的竞争与合作提供了重要的实验依据。
图4。高压下CSV3Sb5单晶的能带结构。
这项工作得到了国家自然科学基金、科技部重点研发计划、中国科学院B类试点项目和综合极端条件实验装置(SECUF)的支持。
编辑:年刘易斯·荔枝