我国学者发现铬基笼目超导体

　　

图 CsCr₃Sb₅的晶体结构、晶体照片、电子结构以及压力-温度电子相图

　　在国家自然科学基金项目（批准号：12050003、12004337）等资助下，浙江大学物理学院曹光旱教授与中国科学院物理研究所程金光研究员和周睿研究员等组成联合攻关团队，成功合成了新型铬基笼目晶格反铁磁体CsCr₃Sb₅，并利用高压抑制磁有序，实现超导电性。这项研究为进一步探寻笼目晶格中的新颖量子态、理解非常规超导机理提供了崭新的研究平台。研究成果以“铬基笼目金属在压力下的超导电性（Superconductivity under pressure in a chromium-based kagome metal）”为题，于2024年8月28日发表在《自然》（Nature）上。在同期“新闻与观点”中，评述称该工作为人们认识笼目金属的多体物理提供了新契机。文章链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07761-x。

　　非常规超导体的物理机理是当今凝聚态物理领域的重大研究课题。目前，已发现的非常规超导体系较少。探索全新的、具有代表性的非常规超导材料体系对于解决非常规超导机理具有重要价值。十几年前，理论上预言关联笼目晶格体系中可能出现“奇异”的非常规超导电性。但是，这方面的实验研究却一直没能取得突破。2019年，钒基笼目晶格材料AV₃Sb₅ (A=K, Rb, Cs)的发现引发了凝聚态物理领域的研究热潮。然而，该体系的电子关联性较弱且钒元素无磁性。一般认为，其超导电性仍然是来源于常规超导体的电子—声子配对机制。

　　研究团队经过长期实验摸索，成功生长出铬基笼目结构CsCr₃Sb₅单晶。样品的电阻、磁化率、比热以及核磁共振等测量分析表明该铬基新材料是一种强关联“坏金属（bad metals）”，具有自旋密度波转变，这些都与钒基笼目体系有着显著的差异。第一性原理计算的结果表明，CsCr₃Sb₅的费米能级非常靠近笼目晶格的特征平带，也是产生磁性以及电子强关联特性的根本原因。研究团队发现该体系的密度波序在高压下逐渐被抑制。在压力为3.65—8GPa区间时出现超导“穹顶”。当压力为4GPa时，磁有序消失，体系达到量子临界点。此时，超导转变温度达到最大值6.4K，且上临界磁场超过泡利顺磁极限。同时，高温正常态显示出奇异金属行为。此外，新发现的铬基笼目超导体CsCr₃Sb₅的T_c/T_F（T_F为费米温度）估算值与典型非常规超导体相当。

　　铬基笼目超导体CsCr₃Sb₅的发现为笼目材料家族增添了一位新成员。其丰富的物理性质和多轨道特性，为研究平带上的电子关联提供了独特的研究平台。本工作表明强关联磁性笼目体系展现出许多非常规超导体的共性特征，对它的深入研究可能有助于解决非常规超导机理问题。