最近，物质学院齐彦鹏课题组和颜世超课题组合作，在具有笼目结构（Kagome）超导材料CsV3Sb5的研究中取得重要进展：研究人员发现了这种超导材料的两种电荷密度波态，及其在压力下超导电性的增强现象。该成果以“Charge Density Wave Orders and Enhanced Superconductivity under Pressure in the Kagome Metal CsV3Sb5”为题于9月3日发表在国际期刊《先进材料》(Advanced Materials)上。
笼目结构，又称Kagome结构，是一种由共角连接的三角形构成的结构。1951年时任大阪大学教授的伏见康治与庄司一郎在Physics Today上首次提出了Kagome晶格这一概念。 Kagome晶格具有独特的电子结构。目前，具有Kagome晶格的材料已经呈现出了量子自旋液体、磁性外尔费米子、手性反常等物理性质。此外，理论预言在平带体系或者掺杂的Kagome晶格中有可能存在超导电性。然而实际的Kagome体系中超导电性的研究还非常少。
图. CsV3Sb5的晶体结构，STM和P-Tc相图
近期，具有钒基 Kagome晶格的非磁性拓扑金属家族AV3Sb5 ( A = K, Rb, Cs)引起了广泛的研究兴趣。与以往研究的Kagome材料不同，这类化合物在常压下同时具有超导电性和电荷密度波(CDW)态。研究团队成功生长了高质量的CsV3Sb5（Tc = 2.5 K）单晶样品，并对CDW以及压力效应进行了深入研究。高分辨率扫描隧道显微镜测量证实CsV3Sb5中存在2×2周期的CDW结构，这与理论计算的2×2超结构结果一致。此外，研究人员还发现了另外一种具有1×4周期的CDW结构，这种条纹状的超结构尚未在其姊妹化合物KV3Sb5或其他Kagome材料中观察到。在此基础上，研究团队研究了该体系中超导与CDW对压力的响应。随着施加压力，CDW被迅速压制，而超导转变温度急剧提高，最高临界转变温度可达~ 8.2K，这表明该体系中CDW态和超导电性之间存在明显的竞争相互作用。更有趣的是，该材料在更高压力下（15 GPa）又出现超导再进入行为。研究表明，新型钒基Kagome材料是探索超导电性和CDW之间相互作用的一个新平台，对于研究电子关联效应具有重要的意义。
物质学院齐彦鹏课题组博士后王琦和颜世超课题组2019级研究生孔朋飞为论文共同第一作者，齐彦鹏和颜世超为共同通讯作者，上海科技大学为第一完成单位。文章的合作者还包括物质学院陈宇林、李军、李刚、史武军以及中国人民大学雷和畅。该研究得到了上海科技大学启动资金、国家重点研发计划项目、国家自然科学基金、上海市自然科学基金、北京市自然科学基金以及上科大物质学院分析测试平台的支持。
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