北京
精準調控關聯量子材料中局域磁性與超導的相互作用，是凝聚態物理重要前沿研究，對于理解非常規超導機制和實現新型量子器件具有重要意義。近年來的研究表明，籠目金屬AV3Sb5（A=K, Rb, Cs）因其展現出非常規電荷密度波（CDW）與超導態存在復雜競爭關系，并可誘導電子相列向、準二維超導等新奇量子現象而備受關注。然而，磁性雜質如何在原子尺度上影響籠目金屬中的CDW、近藤效應與超導態，仍缺乏直接實驗認識。最新研究指出，Cr基籠目金屬CsCr3Sb5在常壓下呈現反鐵磁序以及自旋密度波跡象，并可在高壓下轉入超導。因此，在CsV3Sb5中引入少量Cr，為研究籠目金屬中在常壓下磁性與超導的耦合提供了理想的研究平臺。
近期，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帶領的研究團隊系統研究了磁性Cr摻雜籠目金屬CsV3Sb5。陳輝副研究員、博士生黃梓宸和張浩等等利用該團隊聯合攻關研制的超低溫（5 mK）-強磁場（16 T）掃描隧道顯微鏡/譜，中國人民大學的季威教授團隊開展了相關的第一性原理理論計算，揭示了與超導能隙耦合的空間各向異性Kondo（近藤）共振現象。他們發現：1）Cr摻雜抑制CDW并誘導近藤共振：隨著Cr摻雜濃度升高，CsV3Sb5表面上的長程2×2 CDW和4a?單向電荷序逐漸被削弱；在少量Cr摻雜樣品中，單個Cr原子位置出現處于近費米能級的尖銳共振峰，其溫度和磁場依賴行為表明該峰來源于Cr局域磁矩與巡游電子耦合產生的Kondo效應；2）Cr原子上近藤共振呈現空間各向異性：Kondo共振在實空間呈現沿特定晶格方向延展的波紋狀分布，破壞局域所有鏡面對稱性，展現出顯著空間各向異性；第一性原理計算表明，實驗中觀察到的各向異性Kondo共振并非單純由巡游電子屏蔽過程決定，而是與Cr雜質誘導的阻挫磁結構密切相關。籠目晶格的幾何特性在這里起到了關鍵作用；3）近藤共振與超導能隙發生耦合：在出現近藤共振的低Cr摻雜區間，超導能隙的相干峰和能隙深度顯著增強，而進一步增加Cr摻雜后，近藤共振和超導態均受到抑制，表明磁性Cr原子誘導的近藤屏蔽與籠目超導態之間存在緊密耦合。
該研究在原子尺度上揭示了磁性雜質、近藤效應、電荷密度波與超導態之間的相互作用，為理解籠目金屬中局域磁性與非常規超導的耦合機制提供了新的實驗依據。相關結果表明，磁性摻雜不僅能夠有效調控籠目材料中的電荷有序和超導態，還可誘導具有空間各向異性的近藤量子態，為探索可調近藤晶格、量子臨界行為以及新奇超導配對機制提供了新的材料平臺。
圖 在籠目金屬CsV?Sb?表面上Cr摻雜原子上的空間各向異性近藤共振峰及其與超導能隙的耦合
相關成果以“Spatially anisotropic Kondo resonance coupled with the superconducting gap in a kagome metal” 為題于5月15日在線發表在Nature Physics (2026)上。中國科學院物理研究所的陳輝副研究員和博士生黃梓宸、張浩等開展了極低溫-強磁場掃描隧道顯微鏡/譜的相關工作；物理研究所楊海濤研究員和趙振博士提供了高質量的Cr摻雜CsV3Sb5單晶樣品；中國人民大學的季威教授和張忠欽進行了密度泛函理論計算；本工作受到科技部重點研發計劃、國家自然科學基金項目和中國科學院的資助。
編輯：辣條
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