2024年8月21日，南方科技大学殷嘉鑫、中国科学院物理研究所石友国、北京理工大学王秩伟、中国科学院理论物理研究所吴贤新共同通讯在Nature在线发表题为”Chiral kagome superconductivity modulations with residual Fermi arcs“的研究论文，该研究使用正常和约瑟夫森扫描隧道显微镜检测到KV3Sb5和CsV3Sb5中残余费米弧的手性kagome超导调制，温度低至30毫开尔文，分辨电子能差在微电子伏特水平。

研究人员观察到一个u形的超导隙，隙内剩余态是平坦的。该间隙显示出具有磁场可调谐手性的手性2a×2a空间调制，这与通过约瑟夫森隧道观察到的手性2a×2a对密度调制一致。这些发现证明了一种打破时间反转对称性的手性对密度波(PDW)。隙内零能态的准粒子干涉成像显示了分段弧，高温数据将它们与部分重构的钒d轨道态在电荷顺序中联系起来。检测到的残余费米弧可以通过轨道间2a×2aPDW部分抑制这些d轨道态来解释，因此可以作为候选Bogoliubov费米态。此外，还可以将观察到的PDW顺序与杂质诱导的间隙调制区分开来。该研究不仅揭示了具有轨道选择性的手性PDW顺序，而且显示了有限动量对超导中固有的基本空间-动量对应关系。

kagome晶格是一种角共享三角形的周期性模式，在其电子结构中自然地拥有狄拉克费米子、平带和范霍夫奇点。狄拉克费米子编码拓扑结构，平坦带有利于相关铁磁性，范霍夫奇点可能导致远程多体序的不稳定性。这些电子特性引起了人们对kagome晶格材料的广泛兴趣。

在kagome材料中，一个非常意外的观察涉及到kagome超导体AV3Sb5 (a = K, Rb, Cs)中出现的体积2 × 2有序向量上的非常规电荷顺序，具有不寻常的电子手性交织现象，电荷密度波和时间反转对称性破缺。这些丰富的kagome电荷序现象架起了拓扑物质和电子相关领域的桥梁。然而，在实验和理论中，电荷序与基态超导性之间的相互作用仍然是难以捉摸的。

有限动量偶超导的证据链（图源自Nature）

在这项工作中，作者利用约瑟夫森扫描隧道显微镜观察Bogoliubov费米态的手性超导调制，进一步推进了这一研究方向的前沿。高分辨率和系统的隧道数据提供了关于kagome超导体基态的丰富信息，这与kagome电荷顺序和超导性的广泛异常现象有关。并且建立了有限动量对的空间-动量对应关系，并用杂质诱导的配对调制区分了PDW的阶数。研究发现，KV3Sb5和CsV3Sb5都具有手性2 × 2 PDW阶以及残余费米弧线，CsV3Sb5具有与(表面)条纹相关的额外配对调制通道。

在kagome晶格的体电荷排序向量上检测到对间隙和对密度调制;它们的2 × 2调制显示出磁场可切换的手性，强调了时间反转对称性被打破的手性PDW顺序;根据PDW序的对称性，在QPI数据中检测到V d轨道态的残余费米弧作为候选Bogoliubov费米态。有限动量对的空间动量对应表明，手性PDW处于p-d轨道间通道中。除了kagome系统之外，在极端条件下的系统光谱方法为阐明TC低于1k的超导体中相互交织的顺序铺平了道路。

南科大物理系博士后邓翰宾为论文的第一作者，南科大为论文第一单位。殷嘉鑫课题组成员还包括量子中心副研究员秦海浪、南科大物理系博士后刘国威和杨天宇。中国科学院物理研究所石友国课题组和北京理工大学王秩伟课题组为该项目提供了高质量的单晶，中国科学院理论研究所吴贤新课题组为该项目提供了理论支持，他们与殷嘉鑫副教授为此工作的共同通讯作者。这项工作受到了中国科技部、自然科学基金委、深圳科创委和广东省量子科学战略专项的资助。

参考消息：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07798-y

编辑：梁萍