具有釩 Kagome 格子的層狀化合物AVSb(A = K、Rb 和 Cs)包含着豐富的實體現象，如拓撲非平庸的電子結構、超導和電荷密度波(CDW)轉變等，引起了研究人員的廣泛關注。
常壓下，AVSb在78-103 K發生CDW轉變(q=2a×2a和q=4a)，引起了時間反演對稱性破缺，這可能是其中巨大反常霍爾效應的起因之一；體相樣品的超導臨界溫度(Tc)為0.93-2.5 K。通過高壓原位研究，研究人員發現CsVSb在低壓區(0-2 GPa)，CDW被逐漸抑制，Tc出現非單調變化的“M” 型相圖，并逐漸消失[Nature Commun. 12, 3645 (2021); Phys. Rev. Lett. 126, 247001 (2021)]。但當壓力升高到15 GPa時，CsVSb發生超導再進入現象，并且超導可穩定至100 GPa [Highly Robust Reentrant Superconductivity in CsVSb under Pressure, Chin. Phys. Lett. Express Letter 38, 057402 (2021)]。
圖1：CsV3Sb5薄層樣品的低溫輸運特性
從能帶結構上來看，CsVSb的費米能級位于兩個範霍夫奇點(VHS)附近，通過電荷摻雜可以調控費米能級的位置和态密度的大小，有效提高CsVSb的Tc。
最近，中國科學院實體研究所/北京凝聚态實體國家研究中心先進材料與結構分析實驗室A02組的博士後宋豔鵬、應天平特聘研究員、郭建剛研究員和陳小龍研究員，與德國馬克斯-普朗克固體研究所的吳賢新博士和Andreas P. Schnyder教授等人合作，首次在CsVSb中實作了空穴型的載流子摻雜和Tc的有效調控。由于CsVSb的層間作用力較弱，項目組利用機械剝離的方式獲得了不同厚度的CsVSb樣品(12-370 nm)，通過控制Cs原子的氧化程度，實作了不同濃度的空穴摻雜，獲得了Tc随摻雜量變化的dome狀超導相圖。其中，最高Tc為5 K，CDW與超導表現為互相競争的關系，見圖1。
同時，項目組對CsVSb的薄層樣品進行了原位栅壓調控，發現其Tc随正向栅壓的升高而降低，證明樣品确實屬于空穴型摻雜，這也是首次在CsVSb上進行的原位栅壓調控實驗。密度泛函理論計算表明了費米面附近的兩個範霍夫奇點中的一個(VHS1)和态密度對空穴摻雜變化極其敏感，定性地了解釋Tc的變化，見圖2。
本工作為研究和了解AVSb中超導、CDW和拓撲三者之間的互相關系提供了新的調控途徑，相關成果以“Competition of Superconductivity and Charge Density Wave in Selective Oxidized CsVSb Thin Flakes”為題發表于Physical Review Letters [Phys. Rev. Lett. 127, 237001 (2021)]。
圖2：空穴摻雜 CsVSb的能帶結構、态密度 (DOS) 和相圖
以上工作得到了中國科學院、國家重點研發計劃、國家自然科學基金委和北京市自然科學基金等的支援。
編輯：樂子超人