近日，冰球突破物理学院王秩伟、姚裕贵教授团队，与南方科技大学殷嘉鑫团队、中科院理论物理所吴贤新团队、中科院物理所石友国团队等人合作，在笼目晶格超导材料AV₃Sb₅(A = K, Rb, Sb)中发现量子可调的磁性超导态，这种超导态具有手性超导能隙振荡的特征，显示笼目超导材料是探索磁性超导的重要材料体系，相关成果以“Chiral kagome superconductivity modulations with residual Fermi arcs”为题发表在Nature, 632 (2024) 775。

笼目（Kagome）晶格是由顶点互相连接的三角形组成的图案，是一种具有几何阻挫的晶格结构，其特殊的晶格结构往往带来丰富的物理性质，比如电荷密度波、配对密度波、非常规超导电性、量子自旋液体等等。2020年以来，王秩伟、姚裕贵团队一直深耕笼目晶格超导材料AV₃Sb₅系列材料，与国内外课题组深入合作并取得一系列进展，相继在该体系中发现手性电荷序[Phys. Rev. B 104 (2021) 075148]，向列电子相 [Nat. Commun., 12 (2021) 6727] ，各向异性超导电性 [Nat. Commun., 15 (2024) 2888,  Nat. Commun., 15 (2024) 5038]，无节点超导能隙 [Nature, 617 (2023) 488]，超导二极管效应 [Nature, 630 (2024) 64]，超导和电荷序的调控与竞争 [Nat. Commun., 15 (2024) 6467, Phys. Rev. Lett. 129 (2022) 206402, Phys. Rev. X 12 (2022) 011001, Phys. Rev. B 105 (2022) L180507]，范霍夫奇点对超导的影响 [Nat. Commun. 14 (2023) 3819 ]等等。

最近，该团队与合作者在AV₃Sb₅笼目超导体系中发现磁性超导态并发现该超导态可以随磁场调控。使用正常和约瑟夫森扫描隧道显微镜探测到KV₃Sb₅和CsV₃Sb₅中的手性超导能隙振荡，振荡周期为2×2，如图1所示；通过施加外磁场，可以调控超导能隙振荡的手性，表明了时间反演对称性破缺的手性配对密度波；进一步用超导针尖实现了超导约瑟夫森结来探测配对密度，并观测配对密度也具有2×2的手性振荡，如图2所示。

图1 周期为2a的超导能隙振荡和约瑟夫森零能峰振荡

图2 对超导能隙和配对密度的手性研究

早期理论研究表明，在具有配对密度波的体系中，超导能隙只在动量空间的部分费米面打开，体系中可以存在被称为Bogoliubov费米面的残留费米面，并与超导能隙振荡形成实空间-动量空间对应关系。鉴于此，他们进一步研究了不同温度下的准粒子散射，并观测到较高温度下信号主要来源于Sb-p轨道的散射；而随着温度的降低，这一信号逐渐被抑制，表明在p轨道上发生了空间均一的超导性。当进入超导态以后，观测到V-d轨道态的残留费米弧，作为潜在的Bogoliubov费米态，如图3所示。Sb-p轨道的超导和V-d轨道的2×2手性电荷振荡进行耦合，形成了一种特殊的p-d轨道交织的手性配对密度波；进一步的观测和分析最终为有限动量配对的磁性超导态提供了完整的证据链，如图4所示。 

图3 残留Bogoliubov费米弧的证据。

图4 对有限空间配对的超导体完整的证据链

在本工作中，王秩伟教授作为共同通讯作者提供了高质量的AV₃Sb₅单晶样品，本工作得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金委、北京市自然科学基金委、北京凝聚态物理国家实验室等相关项目的资助。

文章链接：http://www.nature.com/articles/s41586-024-07798-y