在量子材料的世界裡,很少有化合物像籠目金屬CsV3Sb5那樣引發如此多的爭議。這種層狀晶體以三角形晶格排列釩原子,冷卻至94克爾文時會形成電荷密度波,並在2,5至3克爾文時轉變為超導態。多年的實驗給出互相矛盾的結果:有些測量指向具有完全打開能隙的常規超導性,另一些則指向能隙消失的節點。
岡山大學的研究人員在副教授川崎真司和教授鄭國欽的領導下,對CsV3Sb5晶體施加了單軸拉伸。他們利用壓電元件沿一個方向拉伸樣品,同時以核四極共振法測量其性質。發表於Physical Review Letters的結果顯示,該材料擁有的不是一種,而是兩種能量相近的超導態。
在拉伸0,9%時,轉變為超導態的溫度從3,0克爾文升至3,6克爾文。與此同時,電荷密度波幾乎保持不變。與同時影響這兩種現象的靜水壓不同,單軸拉伸能夠獨立地調控超導性。
在最大拉伸下,該材料表現出兩個清晰的轉變。第一個在3,6克爾文,對應於節點型(非傳統)態;第二個在3,0克爾文,對應於無節點型(更為常規)態。節點型成分的比例從10%增至26%。由此可見,拉伸不僅提高了溫度,還改變了兩個配對通道之間的平衡。
核四極共振使人們得以窺探原子層面,並根據局部電子環境區分這些狀態。不同團隊先前互相矛盾的數據如今得到了解釋:兩種狀態幾乎簡併地共存,而不同的方法對它們的權重各不相同。
這一發現使CsV3Sb5從困惑之源轉變為便利的模型系統。如今,科學家可以透過使晶格變形來分別研究每一個配對通道。這種方法有望成為在其他非常規超導體中分離超導性與競爭序的通用工具。
儘管CsV3Sb5的轉變溫度目前對實際應用而言仍然過低,但對兩種狀態競爭機制的理解使我們更接近於創造出臨界溫度更高的超導材料。晶體拉伸開闢了調控量子性質的新途徑。
