北京
精准调控关联量子材料中局域磁性与超导的相互作用，是凝聚态物理重要前沿研究，对于理解非常规超导机制和实现新型量子器件具有重要意义。近年来的研究表明，笼目金属AV3Sb5（A=K, Rb, Cs）因其展现出非常规电荷密度波（CDW）与超导态存在复杂竞争关系，并可诱导电子相列向、准二维超导等新奇量子现象而备受关注。然而，磁性杂质如何在原子尺度上影响笼目金属中的CDW、近藤效应与超导态，仍缺乏直接实验认识。最新研究指出，Cr基笼目金属CsCr3Sb5在常压下呈现反铁磁序以及自旋密度波迹象，并可在高压下转入超导。因此，在CsV3Sb5中引入少量Cr，为研究笼目金属中在常压下磁性与超导的耦合提供了理想的研究平台。
近期，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心高鸿钧院士带领的研究团队系统研究了磁性Cr掺杂笼目金属CsV3Sb5。陈辉副研究员、博士生黄梓宸和张浩等等利用该团队联合攻关研制的超低温（5 mK）-强磁场（16 T）扫描隧道显微镜/谱，中国人民大学的季威教授团队开展了相关的第一性原理理论计算，揭示了与超导能隙耦合的空间各向异性Kondo（近藤）共振现象。他们发现：1）Cr掺杂抑制CDW并诱导近藤共振：随着Cr掺杂浓度升高，CsV3Sb5表面上的长程2×2 CDW和4a₀单向电荷序逐渐被削弱；在少量Cr掺杂样品中，单个Cr原子位置出现处于近费米能级的尖锐共振峰，其温度和磁场依赖行为表明该峰来源于Cr局域磁矩与巡游电子耦合产生的Kondo效应；2）Cr原子上近藤共振呈现空间各向异性：Kondo共振在实空间呈现沿特定晶格方向延展的波纹状分布，破坏局域所有镜面对称性，展现出显著空间各向异性；第一性原理计算表明，实验中观察到的各向异性Kondo共振并非单纯由巡游电子屏蔽过程决定，而是与Cr杂质诱导的阻挫磁结构密切相关。笼目晶格的几何特性在这里起到了关键作用；3）近藤共振与超导能隙发生耦合：在出现近藤共振的低Cr掺杂区间，超导能隙的相干峰和能隙深度显著增强，而进一步增加Cr掺杂后，近藤共振和超导态均受到抑制，表明磁性Cr原子诱导的近藤屏蔽与笼目超导态之间存在紧密耦合。
该研究在原子尺度上揭示了磁性杂质、近藤效应、电荷密度波与超导态之间的相互作用，为理解笼目金属中局域磁性与非常规超导的耦合机制提供了新的实验依据。相关结果表明，磁性掺杂不仅能够有效调控笼目材料中的电荷有序和超导态，还可诱导具有空间各向异性的近藤量子态，为探索可调近藤晶格、量子临界行为以及新奇超导配对机制提供了新的材料平台。
图 在笼目金属CsV₃Sb₅表面上Cr掺杂原子上的空间各向异性近藤共振峰及其与超导能隙的耦合
相关成果以“Spatially anisotropic Kondo resonance coupled with the superconducting gap in a kagome metal” 为题于5月15日在线发表在Nature Physics (2026)上。中国科学院物理研究所的陈辉副研究员和博士生黄梓宸、张浩等开展了极低温-强磁场扫描隧道显微镜/谱的相关工作；物理研究所杨海涛研究员和赵振博士提供了高质量的Cr掺杂CsV3Sb5单晶样品；中国人民大学的季威教授和张忠钦进行了密度泛函理论计算；本工作受到科技部重点研发计划、国家自然科学基金项目和中国科学院的资助。
编辑：辣条
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