近日，兰州大学物理科学与技术学院娄睿青年研究员与中国人民大学雷和畅教授和德国莱布尼茨固态和材料研究所的Dr. Sergey Borisenko、Dr. Alexander Fedorov等人合作，利用高分辨角分辨光电子能谱（ARPES）系统地研究了广受关注的笼目（kagome）结构超导体CsV₃Sb₅的电子结构，揭示了其多带超导特性，并为理解CsV₃Sb₅中电荷密度波（CDW）的起源及其与超导之间的相互关系提供了重要实验依据。相关研究成果以“Charge-Density-Wave-Induced Peak-Dip-Hump Structure and the Multiband Superconductivity in a Kagome Superconductor CsV₃Sb₅”为题，于2022年1月20日在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上发表。兰州大学物理科学与技术学院为论文第一单位，娄睿青年研究员为论文第一作者和共同通讯作者。

准二维钒基kagome体系AV₃Sb₅（A = K, Rb, Cs）由于其中关联电子序、非平庸拓扑性质以及多体效应的共存而吸引了广泛的研究兴趣。前期的实验表明该体系在80-110 K发生CDW相变，在0.9-2.5 K出现超导电性。人们针对AV₃Sb₅体系中的CDW和超导开展了大量的理论和实验研究，其中CDW相被发现破缺了时间反演对称性，而超导态为非常规配对密度波，并且研究者在CsV₃Sb₅中利用高压和单轴应力调控手段发现CDW和超导之间存在复杂的相互作用关系。目前对于该体系的CDW起源和超导配对机制依然存在较多争议。

娄睿与合作者利用高分辨ARPES对CsV₃Sb₅的CDW和超导相进行了研究。实验发现，当低于CDW相变温度时，在布里渊区K点附近存在均匀分布的“peak-dip-hump”能谱线型，表明各向同性CDW能隙的打开，并且其中的“peak”部分对应一个几乎无色散的平带。通过进一步对费米面拓扑结构的分析，他们发现费米面嵌套机制可以解释CDW引起的这些能谱特征，表明费米面嵌套对CsV₃Sb₅中CDW序的形成起到了重要作用。他们首次在ARPES中观测到CsV₃Sb₅的超导能隙，证明了其多带超导电性。研究发现CDW虽然会使体系在费米能级以下打开能隙，但布里渊区大部分费米面上依然存在一定的态密度，尤其是CDW导致的平带会引起态密度的进一步增加，而此平带定义了CDW布里渊区中超过半数的重构费米面，CDW中这些在费米能级附近非零的态密度将有利于低温下超导电性的形成。他们认为虽然在CsV₃Sb₅中CDW和超导会竞争费米能级附近的态密度，但该研究结果表明CDW可能为超导态提供了有利的形成和发展环境。

该工作受到国家自然科学基金委青年科学基金项目的经费支持。

论文链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.128.036402

图1. CsV₃Sb₅中由CDW导致的“peak-dip-hump”能谱线型

图2. 费米面嵌套图像和CDW布里渊区中的重构费米面

图3. CsV₃Sb₅中超导能隙的ARPES观测