超導(dǎo)性，這種在臨界溫度以下電阻完全消失的非凡現(xiàn)象，自 1911 年被發(fā)現(xiàn)以來就一直吸引著科學(xué)家。盡管BCS理論通過晶格振動(dòng)（聲子）介導(dǎo)的庫(kù)珀對(duì)的形成優(yōu)雅地解釋了常規(guī)超導(dǎo)性，但大量材料表現(xiàn)出的超導(dǎo)性卻與這一傳統(tǒng)框架相悖。這些“非常規(guī)”超導(dǎo)體通常出現(xiàn)在強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子系統(tǒng)中，其中電子自旋、電荷和軌道自由度之間復(fù)雜的相互作用導(dǎo)致了奇異的配對(duì)機(jī)制和非常規(guī)的性質(zhì)，尤其是在其超導(dǎo)能隙的性質(zhì)方面。在各種非常規(guī)超導(dǎo)體中，基于籠目晶格結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)體已成為探索新型量子現(xiàn)象的沃土，最近的研究突顯了它們引人入勝且常常令人費(fèi)解的能隙行為。
籠目晶格是由角共享三角形組成的二維網(wǎng)絡(luò)。這種獨(dú)特的幾何結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了獨(dú)特的電子能帶結(jié)構(gòu)，其特征是平帶、狄拉克錐和費(fèi)米能級(jí)附近的范霍夫奇點(diǎn)。這些特征增強(qiáng)了電子關(guān)聯(lián)，并為各種奇異電子態(tài)的出現(xiàn)提供了平臺(tái)，包括磁性、電荷密度波、拓?fù)鋺B(tài)，以及值得注意的非常規(guī)超導(dǎo)性。這些競(jìng)爭(zhēng)或共存相之間的相互作用通常體現(xiàn)在超導(dǎo)態(tài)本身，導(dǎo)致了與常規(guī)超導(dǎo)體不同的非常規(guī)特性。
非常規(guī)超導(dǎo)性通常源于超出 BCS 理論描述的簡(jiǎn)單電子-聲子相互作用的配對(duì)機(jī)制。在許多情況下，人們認(rèn)為配對(duì)是由磁漲落、電荷漲落甚至拓?fù)浼ぐl(fā)介導(dǎo)的。配對(duì)媒介的這種差異通常會(huì)導(dǎo)致超導(dǎo)能隙與 BCS 理論預(yù)測(cè)的各向同性s波能隙顯著不同。能隙代表打破庫(kù)珀對(duì)所需的最小能量，是超導(dǎo)體的基本性質(zhì)。在非常規(guī)超導(dǎo)體中，能隙可以表現(xiàn)出各向異性，這意味著其大小隨動(dòng)量空間中的方向而變化，甚至可能具有節(jié)點(diǎn)，即能隙在費(fèi)米面上的特定點(diǎn)或線上消失。超導(dǎo)能隙的對(duì)稱性和結(jié)構(gòu)為配對(duì)機(jī)制的性質(zhì)提供了關(guān)鍵的見解。
近年來對(duì)籠目超導(dǎo)體（尤其是AV3Sb5族）的興趣激增，揭示了非常規(guī)能隙行為的豐富景象。這些材料已被證明表現(xiàn)出超導(dǎo)性，這種超導(dǎo)性通常與電荷密度波和時(shí)間反演對(duì)稱性破缺等其他有序態(tài)共存或競(jìng)爭(zhēng)。這種相互作用可以深刻地影響超導(dǎo)能隙的結(jié)構(gòu)，并導(dǎo)致在常規(guī)超導(dǎo)體中未觀察到的現(xiàn)象。
籠目超導(dǎo)體中能隙行為最引人入勝的方面之一是存在多個(gè)超導(dǎo)能隙的證據(jù)。常規(guī) BCS 理論預(yù)測(cè)，對(duì)于給定的超導(dǎo)體，只有一個(gè)能隙。然而，在一些籠目超導(dǎo)體中，角分辨光電子能譜 (ARPES) 和掃描隧道譜 (STS) 等實(shí)驗(yàn)探測(cè)技術(shù)已經(jīng)揭示了在超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度下打開的兩個(gè)或多個(gè)不同的能隙的存在。這一觀察結(jié)果表明，材料中不同的電子能帶可能以不同的強(qiáng)度甚至不同的配對(duì)對(duì)稱性參與超導(dǎo)配對(duì)。
更復(fù)雜的是帶選擇性超導(dǎo)性的概念。在像籠目超導(dǎo)體這樣的多帶材料中，超導(dǎo)性可能主要在特定的電子能帶中發(fā)展，而其他能帶則基本不受影響。這種情況可能導(dǎo)致某些能帶表現(xiàn)出明確的超導(dǎo)能隙，而其他能帶的能隙則小得多甚至沒有能隙。例如，最近對(duì) CsV3Sb5 的研究表明存在兩種具有不同輸運(yùn)和熱力學(xué)性質(zhì)的超導(dǎo)態(tài)，這暗示了超導(dǎo)性的帶選擇性。在高溫超導(dǎo)態(tài)中觀察到大量的準(zhǔn)粒子權(quán)重，然后在較低溫度下通過第二個(gè)能隙的形成而消除，進(jìn)一步支持了這一觀點(diǎn)。
超導(dǎo)能隙的對(duì)稱性是另一個(gè)非常規(guī)超導(dǎo)性的關(guān)鍵方面。在 BCS 超導(dǎo)體中，能隙通常具有 s 波對(duì)稱性，這意味著它是各向同性的并且沒有節(jié)點(diǎn)。然而，在非常規(guī)超導(dǎo)體中，可以存在各種其他配對(duì)對(duì)稱性，例如 d 波、p 波甚至更奇特的對(duì)稱性。這些不同的對(duì)稱性導(dǎo)致不同的能隙結(jié)構(gòu)，通常帶有節(jié)點(diǎn)。這些節(jié)點(diǎn)的出現(xiàn)和位置可以通過穿透深度測(cè)量、熱導(dǎo)率測(cè)量和 ARPES 等實(shí)驗(yàn)技術(shù)來確定。在一些籠目超導(dǎo)體中，已經(jīng)報(bào)道了節(jié)點(diǎn)能隙的證據(jù)，表明存在非 s 波配對(duì)對(duì)稱性。節(jié)點(diǎn)的出現(xiàn)意味著即使在超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度以下，準(zhǔn)粒子（激發(fā)電子或空穴）也可以存在，從而導(dǎo)致與完全能隙超導(dǎo)體不同的低溫特性。
籠目超導(dǎo)體中非常規(guī)能隙行為的起源是激烈研究的主題。已經(jīng)提出了幾種理論方案來解釋觀察到的現(xiàn)象。一種可能性是籠目晶格復(fù)雜的電子能帶結(jié)構(gòu)，包括其平帶和狄拉克錐，促進(jìn)了驅(qū)動(dòng)非常規(guī)配對(duì)的強(qiáng)電子關(guān)聯(lián)。源于接近磁不穩(wěn)定性的磁漲落是配對(duì)機(jī)制的另一個(gè)主要候選者。一些籠目超導(dǎo)體中電荷密度波的共存也表明，與這種有序相關(guān)的漲落可能在介導(dǎo)超導(dǎo)性方面發(fā)揮作用。此外，一些籠目材料中電子能帶的非平凡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也可能影響超導(dǎo)能隙的性質(zhì)。
正如Nature Physics上題為“籠目超導(dǎo)體中非常規(guī)能隙行為”的論文所強(qiáng)調(diào)的那樣，最近的研究為這些材料中超導(dǎo)性的復(fù)雜性和引人入勝的性質(zhì)提供了進(jìn)一步的證據(jù)。對(duì)具有不同性質(zhì)的兩種超導(dǎo)態(tài)的觀察，以及不耦合的超導(dǎo)能隙和較低溫度能隙中可能存在的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的暗示，都指向了一種高度非常規(guī)的超導(dǎo)形式。不同的電子能帶表現(xiàn)出顯著解耦的超導(dǎo)能隙的想法挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)的單一、統(tǒng)一的超導(dǎo)態(tài)的圖景，并為理解這些材料中不同電子自由度之間的相互作用開辟了新的途徑。
理解籠目超導(dǎo)體中非常規(guī)的能隙行為不僅對(duì)于推進(jìn)我們對(duì)超導(dǎo)性的基礎(chǔ)知識(shí)至關(guān)重要，而且對(duì)未來的技術(shù)應(yīng)用也具有潛在的影響。非常規(guī)超導(dǎo)體通常對(duì)磁場(chǎng)具有魯棒性，并且可以支持新穎的拓?fù)浼ぐl(fā)，使其成為量子計(jì)算、高場(chǎng)磁體和其他先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用的有希望的候選者。通過揭開其能隙行為的奧秘，我們可以深入了解驅(qū)動(dòng)非常規(guī)超導(dǎo)性的基本機(jī)制，并可能為設(shè)計(jì)和發(fā)現(xiàn)具有更卓越性能的新材料鋪平道路。
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