近日，北京理工大学物理学院王秩伟教授、姚裕贵教授团队与普林斯顿大学M.Z.Hasan团队合作在新型笼目晶格超导体CsV₃Sb₅中取得重要进展。通过多种高精度测量技术发现了CsV₃Sb₅两种截然不同的超导状态，揭示了其复杂的多能隙特性。这一成果为理解超导材料中电子行为的多样性提供了关键线索，相关研究成果以“Unconventional gapping behaviour in a kagome superconductor”为题发表在《Nature Physics》上。北京理工大学物理学院博士后李永恺（现为北理工长三角研究院副研究员）为论文共同第一作者，王秩伟教授为共同通信作者。
笼目晶格材料因其独特的几何结构和丰富的量子现象而备受关注。CsV₃Sb₅ 作为一种典型的笼目晶格超导材料最近受到了广泛的研究，北理工团队在之前的研究中也取得了一系列进展，包括发现手性电荷序、向列电子相、多条穿过费米能级的能带结构、无节点各向同性超导能隙、超导态相关的范霍夫情景、超导二极管效应、剩余费米弧、磁性超导态、时间反演对称性破缺等等。更多实验结果显示该材料更像是一类非常规超导材料。在本工作中，通过电输运、热输运及热容测量，研究团队发现CsV₃Sb₅ 的超导相图上显示两种明显不同的超导态，高温超导态（约3.5 K 以上）的超导能隙主要在一个电子带中形成；低温超导态（约1 K 以下）在另一能带中打开第二个超导能隙，且与第一个超导能隙几乎不耦合。进一步分析表明低温超导态的能带选择性配对机制与传统多带超导理论中能隙协同打开机制不同，为理解多带超导提供新的理论支撑。此外，低温区域的超导上临界磁场（μ₀Hc₂）超过9.8 T，明显高于泡利极限（约6.44 T），这种反常现象可能源于强关联电子或非常规超导机制，这为更深入理解笼目超导材料的超导态提供新视角。
图1. CsV₃Sb₅中的二维及二重对称性超导电性
该研究揭示了超导能带选择性配对的新机制，为我们理解超导材料的多样性和复杂性提供帮助，对于未来超导材料的设计和应用具有重要意义。本工作的其他合作单位还包括美国国家强磁场实验室、瑞士苏黎世大学、南方科技大学、橡树岭国家实验室等机构。本项目得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委、北京市自然科学基金委等相关项目的支持。
图2. 两种不同超导态的电输运证据
