配对密度波(PDW)是⼀类奇异的超导态,其每个库珀对携带的总动量⾮零。因⽽,库珀对凝聚在动量空间中的若⼲⾮零点。与Fulde-Ferrell和Larkin-Ovchinnikov早期提出的、在外加磁场下形成的超导态——FFLO态有所区别,PDW超导态⽆需外加磁场⽽⾃发破缺了平移对称性,除了零电阻、完全抗磁等超导体的通常特性外,还伴随着电荷密度的空间调制。
这种成套的派⽣电荷密度波调制即使在⾼于超导临界温度的⼀定温区内也可能存在。当前的研究认为PDW存在于包括铜氧化物超导在内的各种关联电⼦材料、冷原⼦系统以及某些具有嵌套费⽶⾯的体系中。
最近发现的笼⽬(Kagome)晶格超导体AV?Sb?(A=K, Rb, Cs)材料引起了国际凝聚态物理学界的⼴泛兴趣。物理所⾼鸿钧院⼠研究组与合作者⾸先报道了CsV?Sb?中存在PDW的⼀些特征。
对于这类材料中的超导,也存在⼀些看似相互⽭盾的实验结果。例如,⼀⽅⾯,AV?Sb?在NMR等实验中呈现出⾃旋单态和传统s波电⼦配对的特性;另⼀⽅⾯,⼜在热输运和STM实验中观察到极低温下的残余热输运系数和具有残余零能量贡献的“多能隙”V形的态密度。后者通常意味着体系中存在⽆能隙的、具有费⽶⾯特征的电⼦态,与通常的s波电⼦配对超导的特性不符。
此外,⼀些理论和实验⼯作表明该体系中存在时间反演对称性破缺。
最近,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中⼼凝聚态理论与材料计算实验室T06组周毅研究员、蒋坤特聘研究员与清华⼤学⾼等研究院姚宏教授合作,指导中国科学院卡弗⾥理论科学研究所的博⼠⽣⾦锦涛,从CsV?Sb?具有六边形且近乎嵌套的费⽶⾯这⼀事实出发,提出了⼀个配对密度波超导模型,其具有与费⽶⾯嵌套相关的库珀对质⼼动量。
这⼀理论框架预⾔了超导态时间和空间反演对称性的⾃发破缺,对上述看似⽭盾的实验结果给出了较统⼀的解释。该理论⼯作指出时间和空间反演对称性的⾃发破缺源⾃不同质⼼动量配对模式之间的相位相⼲,使得PDW超导态具有稳定的Bogoliubov费⽶⾯。该⼯作进⼀步计算了这种对称破缺态的各种性质,包括(局域)态密度和电⼦谱函数,得到的结果与现有的实验具有较好的定量吻合。
该理论还预⾔了实验中可能观察到的准粒⼦散射相⼲效应和在当前能量尺度下尚未观测到的派⽣电荷密度波序。