超导电性由于具有巨大的应用前景和重要的科学研究意义而成为了凝聚态物理研究中的一个持续热点问题。近年来，在超导体中探索新颖量子态成为了超导研究中的一颗璀璨的明珠。我校理学院量子关联物质研究团队多年深耕于超导研究领域，近期在新型超导的研究探索上取得了一系列具有一定影响力的新进展。
一、通常BCS超导体的上临界磁场是不会超过泡利顺磁极限的，因为一旦超过这一极限，两个自旋相反电子之间的s波配对就会被破坏。在伊辛超导体中，面内中心反演对称性的破缺导致伊辛类型的自旋－轨道耦合的出现。此时，库伯对中电子的自旋方向会被钉扎在面外，使得面内的上临界磁场可以远超泡利极限，达到几十甚至上百特斯拉。这种超导电性被称为伊辛超导，其特有的性质为强磁场中超导电性的应用提供了新途径。研究团队从理论上预言了一种产生于伊辛超导体磁涡旋中的新颖磁性结构。当存在面外磁场时，伊辛类型的自旋轨道耦合与涡旋磁通的相互作用局域地打破了自旋和子晶格的简并，从而在相邻磁涡旋中诱导出方向相反的局域磁矩 [图1（b）、（c）和（d）]，磁涡旋中有限能量处不同自旋和不同子格点上的局域态密度也因此发生了方向相反的移动。此项研究不仅为探测伊辛类型的自旋轨道耦合作用提供了一个实验可观测的判据，而且还有望实现利用轨道效应在磁涡旋中操控电子的自旋自由度。相关研究成果以“Local breaking of the spin degeneracy in the vortex states of Ising superconductors: Induced antiphase ferromagnetic order”为题发表在国际著名学术期刊Physical Review B上 [Phys. Rev. B 105, 014510 (2022)]。
图1
二、近年来，新型笼目超导体CsV3Sb5的发现引起了研究者的广泛关注和极大的研究热情。由于其特殊的晶格结构 [图（a）]，具有二维笼目结构的材料能带中往往具有平带 [图2（c）]、范霍夫奇异点和类似于石墨烯的狄拉克型色散 [图2（d）]，因而能够诱导产生一系列关联拓扑物态。特别是在范霍夫奇异点（van Hove singularities）掺杂附近，理论预测二维笼目体系可呈现出新奇的超导电性和丰富的电子有序态，还有可能获得拓扑非平庸的超导态。
研究团队率先注意到第三近邻的不等价对超导配对，以及毗邻范霍夫奇异点对温度依赖的自旋点阵弛豫率的影响。由于第三近邻的不等价，每一子格子具有和整体C6v对称性不同的C2v对称性，从而导致第三近邻的超导配对呈现出不同角动量的混合配对。另一方面，体系毗邻范霍夫奇异点则将导致温度依赖的自旋点阵弛豫率在超导临界温度以下出现类Hebel-Slichter峰，尽管是考虑有节点的非常规超导配对态。此项理论研究不仅有望解释一系列貌似冲突的实验现象，而且还有助于深入理解笼目超导体特殊的晶格和能带结构对超导属性的影响。相关研究成果以“Electronic structure and spin-lattice relaxation in superconducting vortex states on the kagome lattice near van Hove filling”为题发表在国际著名学术期刊Physical Review B上 [Phys. Rev. B 106, 014501 (2022)]。
图2
最近研究团队还注意到在钒基笼目超导体中存在有2*2的周期调制结构，并且同时还破坏时间反演对称性，轨道流序的电荷密度波对上述现象给出了比较好的解释。基于这些实验现象，研究团队通过理论计算和分析表明轨道流序对超导体的正常态和超导特性都有较大的影响。在正常态，轨道流序将导致各向异性的电荷密度波能隙[图3（a）]。而在超导态，轨道流序的将会使得原本各向同性的s波超导能隙在费米面上出现了调制，并且随着调制深度的加强将会导致有节点的超导能隙[图3（b）]。这些理论结果不但与新近的实验结果高度一致，并且有望调和不同实验现象之间分歧。相关研究成果以“Impact of the orbital current order on the superconducting properties of the kagome superconductors”为题发表在国际著名学术期刊Physical Review B上 [Phys. Rev. B 107, 064506 (2023)]。
Physical Review B是由美国物理学会（American Physical Society）主办的学术期刊之一，是凝聚态物理方面最有影响力和最权威的期刊，是自然指数（Nature Index）收录的全球82个顶级（TOP）期刊之一。
图3
上述研究得到了国家自然科学基金面上项目和浙江科技学院科研启动项目的资助。江红民教授为上述研究论文的第一作者和通讯作者，浙江科技学院理学院为第一单位和通讯单位。（应用物理系：孙婷婷）
论文链接：
1、https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.105.014510
2、https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.106.014501
3、https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.107.064506
