涉及有限動量配對的超導(dǎo)可以導(dǎo)致空間間隙和對密度調(diào)制，以及超導(dǎo)間隙內(nèi)的波戈留博夫費米態(tài)。然而，在實驗中實現(xiàn)它們相互交織的關(guān)系一直具有挑戰(zhàn)性。

　　2024年8月21日，南方科技大學(xué)殷嘉鑫、中國科學(xué)院物理研究所石友國、北京理工大學(xué)王秩偉、中國科學(xué)院理論物理研究所吳賢新共同通訊在Nature在線發(fā)表題為“Chiral kagome superconductivity modulations with residual Fermi arcs”的研究論文，該研究使用正常和約瑟夫森掃描隧道顯微鏡檢測到KV3Sb5和CsV3Sb5中殘余費米弧的手性kagome超導(dǎo)調(diào)制，溫度低至30毫開爾文，分辨電子能差在微電子伏特水平。

　　研究人員觀察到一個u形的超導(dǎo)隙，隙內(nèi)剩余態(tài)是平坦的。該間隙顯示出具有磁場可調(diào)諧手性的手性2a×2a空間調(diào)制，這與通過約瑟夫森隧道觀察到的手性2a×2a對密度調(diào)制一致。這些發(fā)現(xiàn)證明了一種打破時間反轉(zhuǎn)對稱性的手性對密度波(PDW)。隙內(nèi)零能態(tài)的準(zhǔn)粒子干涉成像顯示了分段弧，高溫數(shù)據(jù)將它們與部分重構(gòu)的釩d軌道態(tài)在電荷順序中聯(lián)系起來。檢測到的殘余費米弧可以通過軌道間2a×2a PDW部分抑制這些d軌道態(tài)來解釋，因此可以作為候選Bogoliubov費米態(tài)。此外，還可以將觀察到的PDW順序與雜質(zhì)誘導(dǎo)的間隙調(diào)制區(qū)分開來。該研究不僅揭示了具有軌道選擇性的手性PDW順序，而且顯示了有限動量對超導(dǎo)中固有的基本空間-動量對應(yīng)關(guān)系。

　　kagome晶格是一種角共享三角形的周期性模式，在其電子結(jié)構(gòu)中自然地?fù)碛械依速M米子、平帶和范霍夫奇點。狄拉克費米子編碼拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，平坦帶有利于相關(guān)鐵磁性，范霍夫奇點可能導(dǎo)致遠(yuǎn)程多體序的不穩(wěn)定性。這些電子特性引起了人們對kagome晶格材料的廣泛興趣。

　　在kagome材料中，一個非常意外的觀察涉及到kagome超導(dǎo)體AV3Sb5 (a = K, Rb, Cs)中出現(xiàn)的體積2 × 2有序向量上的非常規(guī)電荷順序，具有不尋常的電子手性交織現(xiàn)象，電荷密度波和時間反轉(zhuǎn)對稱性破缺。這些豐富的kagome電荷序現(xiàn)象架起了拓?fù)湮镔|(zhì)和電子相關(guān)領(lǐng)域的橋梁。然而，在實驗和理論中，電荷序與基態(tài)超導(dǎo)性之間的相互作用仍然是難以捉摸的。

　　在這項工作中，作者利用約瑟夫森掃描隧道顯微鏡觀察Bogoliubov費米態(tài)的手性超導(dǎo)調(diào)制，進(jìn)一步推進(jìn)了這一研究方向的前沿。高分辨率和系統(tǒng)的隧道數(shù)據(jù)提供了關(guān)于kagome超導(dǎo)體基態(tài)的豐富信息，這與kagome電荷順序和超導(dǎo)性的廣泛異?，F(xiàn)象有關(guān)。并且建立了有限動量對的空間-動量對應(yīng)關(guān)系，并用雜質(zhì)誘導(dǎo)的配對調(diào)制區(qū)分了PDW的階數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，KV3Sb5和CsV3Sb5都具有手性2 × 2 PDW階以及殘余費米弧線，CsV3Sb5具有與(表面)條紋相關(guān)的額外配對調(diào)制通道。

　　在kagome晶格的體電荷排序向量上檢測到對間隙和對密度調(diào)制;它們的2 × 2調(diào)制顯示出磁場可切換的手性，強調(diào)了時間反轉(zhuǎn)對稱性被打破的手性PDW順序;根據(jù)PDW序的對稱性，在QPI數(shù)據(jù)中檢測到V d軌道態(tài)的殘余費米弧作為候選Bogoliubov費米態(tài)。有限動量對的空間動量對應(yīng)表明，手性PDW處于p-d軌道間通道中。除了kagome系統(tǒng)之外，在極端條件下的系統(tǒng)光譜方法為闡明TC低于1k的超導(dǎo)體中相互交織的順序鋪平了道路。

　　南科大物理系博士后鄧翰賓為論文的第一作者，南科大為論文第一單位。殷嘉鑫課題組成員還包括量子中心副研究員秦海浪、南科大物理系博士后劉國威和楊天宇。中國科學(xué)院物理研究所石友國課題組和北京理工大學(xué)王秩偉課題組為該項目提供了高質(zhì)量的單晶，中國科學(xué)院理論研究所吳賢新課題組為該項目提供了理論支持，他們與殷嘉鑫副教授為此工作的共同通訊作者。這項工作受到了中國科技部、自然科學(xué)基金委、深圳科創(chuàng)委和廣東省量子科學(xué)戰(zhàn)略專項的資助。