精準調(diào)控關(guān)聯(lián)量子材料的演生量子物態(tài)是凝聚態(tài)物理重要前沿研究，對于實現(xiàn)原子級新型量子器件具有重要意義。近年來，包括AV3Sb5在內(nèi)的籠目晶格（kagome）單晶材料同時展現(xiàn)出狄拉克點、范霍夫奇點和平帶等奇特能帶結(jié)構(gòu)特征，為探索演生量子態(tài)及其相互作用提供了新的材料平臺。過去的研究發(fā)現(xiàn)，AV3Sb5(A=K, Rb, Cs)中的非常規(guī)電荷密度波（CDW）表現(xiàn)時間反演對稱性破缺與手性特征，并與超導態(tài)存在反常競爭關(guān)系，同時可誘導電子液晶態(tài)等多種新奇量子態(tài)。然而，在原子尺度上調(diào)控籠目晶格材料的新奇物性極具挑戰(zhàn)性，國際上未曾有過報道。

近期，中國科學院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心高鴻鈞研究員帶領(lǐng)的研究團隊在籠目金屬CsV3Sb5表面的演生量子態(tài)進行了探索研究。博士生韓相和（已畢業(yè)，現(xiàn)為物理所博士后）與陳輝副研究員等利用極低溫-強磁場掃描隧道顯微鏡/譜與原子操縱技術(shù)人工構(gòu)筑了和表面2×2CDW具有相同周期的堿金屬銫（Cs）有序結(jié)構(gòu)，成功精準調(diào)控了演生準二維超導態(tài)和配對密度波。他們發(fā)現(xiàn)：1.準二維超導態(tài)與配對密度波：在Cs表面2×2有序結(jié)構(gòu)上觀測到演生準二維超導能隙與CDW能隙束縛態(tài)，準二維超導態(tài)的臨界溫度約為5.4K，在低于臨界磁場（約為8Tesla）條件下產(chǎn)生磁通渦旋陣列與渦旋束縛態(tài)。在對應準二維超導相干峰能量范圍內(nèi)，觀測到調(diào)制周期為4a0×4a0的準二維超導配對密度波。2. 量子尺寸效應：在表面原位構(gòu)筑了特定構(gòu)型的2×2人工Cs納米島，得到了準二維超導能隙及CDW能隙束縛態(tài)隨納米島尺寸增長的演化規(guī)律，臨界尺寸對應的準二維超導態(tài)的相干長度約為6nm。3. CDW相位調(diào)控的關(guān)鍵作用：原位構(gòu)筑了4種不同相位的人工納米島，結(jié)合第一性原理計算，得到三維2×2×2CDW的“反相位”界面是演生準二維超導態(tài)的關(guān)鍵因素。

圖 在籠目金屬CsV3Sb5表面上原子級精準構(gòu)筑的堿金屬Cs人工量子結(jié)構(gòu)、演生準二維超導態(tài)和配對密度波

該研究提出了一種通過可控構(gòu)筑人工堿金屬有序結(jié)構(gòu)實現(xiàn)籠目金屬中新奇演生超導態(tài)原子級精準調(diào)控的新思路，對量子材料的原子尺度構(gòu)筑、新奇多體物態(tài)的演生及操控和構(gòu)建基于新奇量子態(tài)的原子級量子器件研究具有重要意義。

相關(guān)成果以“Atomic manipulation of the emergent quasi-2D superconductivity and pair density wave in a kagome metal” 為題于6月10日在線發(fā)表在Nature Nanotechnology (2025)上。韓相和與陳輝等開展了極低溫-強磁場掃描隧道顯微鏡/譜的相關(guān)工作；物理研究所楊海濤研究員和趙振博士提供了高質(zhì)量的CsV3Sb5單晶樣品；以色列魏爾茲曼研究所的Binghai Yan（顏炳海）教授和譚恒心博士進行了密度泛函理論計算；美國波士頓學院Ziqiang Wang（汪自強）教授開展了理論研究。博士生韓相和（現(xiàn)物理所博后）和陳輝副研究員為本文第一作者；陳輝副研究員、Ziqiang Wang（汪自強）教授和高鴻鈞研究員為本文通訊作者。本工作受到科技部重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金項目和中國科學院的資助。

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