蘇州納米所Nano-X李坊森等合作在單層薄膜超導(dǎo)配對(duì)密度波實(shí)驗(yàn)研究方面取得進(jìn)展
近年來(lái),非常規(guī)超導(dǎo)體中伴隨出現(xiàn)的多種對(duì)稱性破缺現(xiàn)象成為量子材料和凝聚態(tài)物理研究的前沿焦點(diǎn)。其中,超導(dǎo)配對(duì)密度波被認(rèn)為是理解非常規(guī)超導(dǎo)機(jī)理及其奇異量子態(tài)的關(guān)鍵所在。盡管在銅氧化物、鐵基超導(dǎo)體、籠目超導(dǎo)體以及過(guò)渡金屬硫族化合物中,陸續(xù)有關(guān)于單個(gè)或多個(gè)晶格周期超導(dǎo)配對(duì)調(diào)制的報(bào)道,然而要探測(cè)配對(duì)序參量在晶胞內(nèi)部的空間調(diào)制,一直是實(shí)驗(yàn)物理面臨的重大挑戰(zhàn)。
在前期欠摻雜單層1T′-MoTe2中觀察到共存五倍單軸電荷密度波與配對(duì)密度波的基礎(chǔ)上(Phys. Rev. B 112,L060503 (2025)),中國(guó)科學(xué)院蘇州納米所納米真空互聯(lián)實(shí)驗(yàn)站李坊森研究員等與清華大學(xué)物理系宋燦立、馬旭村、薛其坤研究團(tuán)隊(duì)及波士頓學(xué)院汪自強(qiáng)研究組合作,基于真空互聯(lián)的極低溫掃描隧道顯微鏡和分子束外延等設(shè)備,在單層1T′-MoTe2超導(dǎo)薄膜首次直接觀測(cè)到亞晶格內(nèi)庫(kù)珀對(duì)密度波(PDW)與電荷密度波(CDW)的競(jìng)爭(zhēng)-耦合共存現(xiàn)象。研究團(tuán)隊(duì)在高質(zhì)量原位外延生長(zhǎng)單層1T′-MoTe2薄膜的基礎(chǔ)上,利用極低溫掃描隧道顯微鏡/隧道譜成像,清晰地觀察到超導(dǎo)能隙大小、相干峰強(qiáng)度及能隙內(nèi)態(tài)密度的周期性空間調(diào)制(如下圖所示)。
該調(diào)制沿Mo原子鏈方向呈現(xiàn)三倍晶格周期的配對(duì)密度波結(jié)構(gòu),并在垂直方向上表現(xiàn)出半個(gè)晶胞周期的空間調(diào)制。這代表了目前實(shí)驗(yàn)上所能解析的最小空間周期的配對(duì)調(diào)制,充分體現(xiàn)了真空互聯(lián)實(shí)驗(yàn)站極低溫掃描隧道顯微鏡的分辨能力。進(jìn)一步研究表明,該雙軸配對(duì)密度波的形成與該多帶體系中的有限動(dòng)量配對(duì)密切相關(guān);其調(diào)制幅度隨著溫度升高或外加磁場(chǎng)增強(qiáng)逐漸衰減直至消失,符合配對(duì)密度波的特性。尤為重要的是,研究發(fā)現(xiàn)PDW波矢與體系中CDW波矢截然不同,清晰地揭示出該雙軸配對(duì)密度波的本征特性。本研究填補(bǔ)了PDW微觀機(jī)制研究的缺口,建立了1T′-MoTe?與鐵硫族等強(qiáng)關(guān)聯(lián)超導(dǎo)體的概念聯(lián)系。

圖:?jiǎn)螌?/span>1T′-MoTe2薄膜中的雙軸配對(duì)密度波。
該成果以?Imaging Sublattice Cooper-Pair Density Waves in Monolayer 1T′-MoTe2?為題發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》(Physical Review Letters )。以上成果的通訊作者為中國(guó)科學(xué)院蘇州納米所李坊森研究員、清華大學(xué)宋燦立教授、清華大學(xué)薛其坤教授和波士頓學(xué)院汪自強(qiáng)教授。研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、量子信息前沿科學(xué)中心、低維量子物理全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室以及中國(guó)科學(xué)院蘇州納米所納米真空互聯(lián)實(shí)驗(yàn)站(Nano-X)的資助。
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