压力下的奇迹，浙江大学团队开创铬基笼目超导体研究新篇章 -山东化工网

压力下的奇迹，浙江大学团队开创铬基笼目超导体研究新篇章

文章来源：更新时间：2024-09-02 15:22:32

浙江大学曹光旱教授携手北京凝聚态物理国家实验室及中国科学院物理研究所的程金光研究员和周睿研究员，共同为我们带来了令人惊叹的发现 —— 铬基笼目金属 CsCr₃Sb₅，在3.65-8.0GPa压力下出现超导圆顶，该成果为研究相关系统中的超导性提供了平台，发表在《Nature》上。

一、竹编之美带来科学启迪

传统竹编制品中那独特的笼目图案，共用顶点的正三角形彼此相连，宛如一幅精美的几何画卷。这一图案近年来深深吸引了科学家们的目光，他们将具有这种晶体结构的材料命名为笼目材料。理论预言，笼目晶格结构的材料有望展现出特殊的电子行为和磁学性质，仿佛一个充满魔力的摇篮，孕育着无数新奇的量子态和物理效应。

近十余年，笼目结构材料成为了凝聚态物理学领域的焦点，2019 年，钒基笼目晶格材料 AV₃Sb₅（A = K, Rb, Cs）的横空出世，更是将这股热潮推向了新的高度。这类材料展现出超导电性、“非常规” 电荷密度波、“反常” 霍尔效应、配对密度波、电子向列序和时间反演对称性破缺等令人目不暇接的新奇物态和现象，仿佛一座神秘的宝藏，等待着科学家们去挖掘和探索。

“我们一直想在笼目这一新兴体系中实现非常规超导。” 曹光旱教授的话语充满了坚定与执着。当前，常规超导的形成机理已有成熟的理论，但对于高温超导等非常规超导体，人们对其机理还缺乏共识。已有的非常规超导 “品种” 还不够丰富，发现非常规超导体对于基础科学和应用研究来说都具有重要价值。而钒基笼目材料的超导电性的来源仍可用常规超导机理来解释，这让科学家们渴望在笼目体系中找到真正的非常规超导。

二、CsCr₃Sb₅ 登场：强关联 “坏金属” 的独特魅力

研究团队认为完全由铬替代的新化合物 CsCr₃Sb₅ 可能存在局域磁矩，再加上笼目晶格的几何阻挫特性，这样有可能通过抑制磁性，产生非常规超导。。“通常 5 克原材料才能得到不足 5 毫克的样品。” 刘艺博士回忆道，“由于目标产物是个亚稳相，实际生长出来的产物大都是热力学稳定相，因此产率仅约为千分之一。单晶的尺寸也基本在 0.5mm 以内，与笔尖的粗细相当。” 这漫长而艰辛的实验之路，充满了挑战与挫折，但他们从未放弃。

在 “千里挑一” 的铬基笼目结构 CsCr₃Sb₅ 晶格中，三个铬原子构成一个正三角形，成为一个 “目”。实验人员通过对这来之不易的 CsCr₃Sb₅ 单晶进行电阻、磁化率、比热以及核磁共振等测量，发现该新材料不同于钒基笼目体系。它是一种强关联 “坏金属”，具有独特的自旋密度波。

研究人员通过施加压力，磁有序或密度波序被逐渐抑制。这是一场充满挑战的实验，每一个压力的调整都可能带来不同的结果。随着压力的变化，超导电性终于出现。CsCr₃Sb₅ 的最高超导转变温度（6.4 K）出现在磁有序消失的压力点（亦被称为量子临界点，QCP）附近，此时的上临界磁场超过泡利顺磁极限。同时，高温正常态显示出非费米液体（或者叫做奇异金属）行为。

美国莱斯大学物理学斯其苗教授及其合作者在其论文中评价这项工作时表示，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，它开辟了一个激动人心的研究方向。凭借其独特的现象和多轨道特性，该化合物将为研究平带上的电子关联提供独特的研究平台。

三、未来展望：超导之路，永不止步

CsCr₃Sb₅ 是一类新的笼目材料体系，具有与笼目晶格相关的平带和几何阻挫等特性，其压力诱导的超导电性展现出非常规超导体的许多共性。未来，科学家们将对它进行更加深入的研究，探索其背后的物理机制，解开非常规超导机理的神秘面纱。

非常规超导材料的发现不仅对基础科学研究具有重要意义，还有望在未来的科技应用中发挥巨大的作用。例如，在能源传输、量子计算等领域，超导材料的应用将带来革命性的变化。CsCr₃Sb₅ 的出现为我们带来了新的希望，未来，科学家们将努力拓展其应用领域，让这一神奇的材料为人类的发展和进步做出贡献。

超导研究是一个全球性的课题，需要各国科学家的共同努力。CsCr₃Sb₅ 的发现将吸引更多的国际科研团队加入到笼目材料的研究中来，通过国际合作与交流，共同攻克技术难题，推动超导研究的不断发展。

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来源：贤集网
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