新研究發現“籠目”超導體中低能集體激發模

超導態是庫珀對凝聚后形成的宏觀量子液體態，由包含能隙的大小（Δ）及相位（?）等超導序參量描述。基于超導序參量的集體激發模式的研究可以深入理解庫珀對的配對對稱性和軌道性質，對探索研究多分量的新型超導體以及超導配對機制具有重大的意義。目前，與超導相關的超導集體激發模僅在在少數幾種常規超導體中被觀測到。但是，對于揭示及描述超導體中激發模與超導電性的普適關系，還需要研究更多超導體，尤其是研究新型多分量超導體中的超導集體激發模。這也是當前超導物理研究的挑戰之一。

中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心高鴻鈞院士研究團隊陳輝副研究員、博士生胡彬、耶郁晗與合作者首先研究了高質量新型層狀籠目結構超導體CsV3-xTaxSb5的低能電子態，給出了超導電性和低能集體激發模在不同Ta摻雜情況下的演化規律。其主要發現點如下：

1. 在CsV3-xTaxSb5中觀測到兩種類型的超導能隙，分別具有各向異性和各向同性的能隙結構。隨著引入Ta元素替換V元素，兩種超導能隙逐漸靠近并趨向一致，最后同步增大；

2. 通過掃描隧道譜確認了在超導能隙尺度下低能集體激發模的存在，隨著Ta摻雜濃度的增大，長程電荷密度波逐漸減弱并在高摻雜的條件下完全被抑制，同時這一低能集體激發模的能量逐漸減小并遠離超導能隙；

3.給出了超導轉變溫度與這一低能集體激發模能量的反關聯關系，即越高的超導轉變溫度給出越低能的集體激發模；

4. 提出了Higgs-Leggett機制，指出這一低能集體激發模可能源于不同超導配對分量通道中的相對相位漲落，并與超導能隙大小漲落的集體激發模相耦合。

圖：“籠目”超導體中低能集體激發模. （左）CsV3-xTaxSb5中超導能隙與玻色模的觀測與分析；（右）多帶超導體中超導振幅模式與相位模式相互耦合的Higgs-Legget機制圖像。

該研究首次在原子尺度下發現了籠目超導中源于超導序參量的低能集體激發模式，對進一步研究籠目超導體的超導機理、超導電性與電荷密度波、配對密度波之間的關系，以及探索具有更高超導轉變溫度的新型多分量超導體具有重大的意義。

本工作受到了國家自然科學基金項目、科技部重點研發計劃和中國科學院的資助下。中國科學院物理研究所楊海濤研究員、趙振博士，美國波士頓學院Ziqiang Wang（汪自強）教授等也參與了本工作。相關成果以“Evidence of a distinct collective mode in Kagome superconductors”為題發表于Nature Commun. 15, 6109 (2024)。