在量子材料领域,很少有化合物像笼目金属CsV3Sb5那样引发如此多的争议。这种层状晶体中,钒原子排列在三角形构成的晶格上,当冷却至94开尔文时形成电荷密度波,并在2,5–3开尔文时转变为超导态。多年的实验给出了相互矛盾的结果:一些测量表明这是具有完全打开能隙的常规超导,另一些则表明存在能隙消失的节点。
冈山大学的研究人员在副教授川崎真司和郑国钦教授的带领下,对CsV3Sb5晶体施加了单轴拉伸。他们利用压电单元沿一个方向拉伸样品,同时通过核四极共振方法测量其性质。发表在Physical Review Letters上的结果表明,该材料并非只有一种超导态,而是拥有两种能量相近的超导态。
当拉伸达到0,9%时,超导转变温度从3,0开尔文升高至3,6开尔文。与此同时,电荷密度波几乎保持不变。与同时影响这两种现象的静水压不同,单轴拉伸能够独立地调控超导电性。
在最大拉伸下,材料表现出两个清晰的转变。第一个转变位于3,6开尔文,对应于有节点的(非常规)态;第二个转变位于3,0开尔文,对应于无节点的(更常规的)态。有节点成分的比例从10%增加到了26%。由此可见,拉伸不仅提高了转变温度,还改变了两条配对通道之间的平衡。
核四极共振使研究人员得以深入原子层面,根据局部电子环境区分这两种状态。此前不同研究小组相互矛盾的数据如今得到了解释:两种状态几乎简并地共存,而不同方法对它们的权重各不相同。
这一发现使CsV3Sb5从困惑之源转变为便捷的模型体系。如今,科学家可以通过使晶格形变来分别研究每条配对通道。这种方法有望成为分离其他非常规超导体中超导电性与竞争序的通用工具。
尽管CsV3Sb5的转变温度目前对于实际应用而言仍然过低,但理解这两种状态竞争机制使我们更接近于创造出转变温度更高的超导材料。晶体拉伸为调控量子特性开辟了新途径。
