刷新電子譜學空間能量分辨率，磁性超導獲新突破

　　南方科技大學（簡稱“南科大”）物理系副教授殷嘉鑫團隊帶領一支由中國、瑞士、德國和新加坡學者組成的國際團隊在《自然》發表研究成果。

　　研究團隊在南科大量子奇點與演生物質實驗室中觀測到了手性籠目超導振蕩，將電子譜學空間能量分辨率提升至1微電子伏特量級，刷新了此前由美國康奈爾大學美國國家科學院院士Seamus Davis課題組在2023年創造的10微電子福特量級的世界紀錄。達到如此高的分辨率需要同時做到極低電子溫度（90毫開爾文）、超高空間分辨率（0.1埃）以及超隧微分電導高信噪比（300倍），展示了研究人員精湛的實驗技藝。

　　磁性與超導一般被認為是兩種互斥的量子態。2022年，殷嘉鑫團隊搭建了極低溫超高能量分辨率的掃描隧道顯微鏡系統，采用潘氏馬達技術路線，探索對籠目磁體進行量子調控以實現超導態以及對已知的籠目超導體進行高分辨率的譜學表征，探究其可存在的時間反演對稱性破缺性質。

　　該研究中，殷嘉鑫團隊在籠目超導體KV3Sb5和CsV3Sb5中觀測到的手性超導能隙振蕩，振蕩周期為2×2；在動量空間中2×2的三組散射峰強度不同，由弱到強的旋轉方向可以定義出超導能隙震蕩的手性。通過實驗發現，超導能隙振蕩的手性可以被施加的外磁場調控成順時針或逆時針旋轉。進一步地，研究團隊用超導針尖實現了超導約瑟夫森隧道結來探測局域配對電子密度，并觀測配對電子密度為2×2的手性振蕩。

　　這一研究指出，研究團隊得出籠目超導體的手性配對密度波破壞了時間反演對稱性，其散射周期被確定為與體態電荷序吻合的2×2，厘清了學術界在配對密度波波矢上的爭議。

　　此前，殷嘉鑫團隊在《物理學報》撰寫的評論文章指出，在配對密度波存在的情況下，超導能隙只在動量空間的部分費米面打開，而系統中可以存在殘留的費米面作為波戈留波夫費米面，并與能隙的振蕩形成嚴格的實空間-動量空間對應關系。這層對應關系可以為有限動量電子配對提供證據鏈。

　　基于這一思路，研究人員系統測量了不同溫度下的準粒子散射譜，用以探測費米面的形狀。他們發現在遠低于超導轉變的溫度下，系統依然保留有費米弧，這為波戈留波夫費米面的存在提供了證據。

　　殷嘉鑫團隊還通過建立超導序參量的振蕩與波戈留波夫費米面在幾何上的聯系，揭示了籠目超導體基態的非常規特性：空間均一的超導主要發生在Sb的p軌道上，而非V的d軌道，這種特殊的p-d軌道混合的手性配對密度波，為理解磁性超導提供了新的理論框架。此外，研究過程中的觀測和分析為有限動量配對的磁性超導態提供了完整的證據鏈。

　　相關論文信息：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07798-y