西湖大学理学院物理系林效团队与合作者Nature：笼目超导材料CsV3Sb5中的

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摘要

西湖大学理学院物理系林效团队与合作者首次报道了单一超导器件、CsV3Sb5材料中存在的零磁场超导二极管效应和磁通量子化形成的超导干涉图案，揭示了该材料超导态中时间反演破缺超导畴及畴壁边界超流可能存在的证据。

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竹编，是中国历史悠久的非遗手工艺技术之一。在南方竹乡，农闲时节，老人们三五成群围坐在院子里，一边聊天，一边十指翻飞，把薄薄的竹片编织成竹篮、竹匾等各种器物，其中由正六边形和三角形交替组成的六角眼是最常见的纹样，它有一个别称：笼目。这种最常见的竹编纹样，还与近年来炙手可热的笼目超导材料有关。笼目超导材料，专指“结构”（即原子的排布）具有笼目的周期性，且存在超导电性的材料。这种材料因为拥有丰富的电子结构和奇异电子序，已成为超导领域的焦点。CsV3Sb5（铯钒锑）正是这一类材料，有着许多新颖的物理性质。

西湖大学理学院物理系林效团队与合作者通过测量CsV3Sb5纳米薄片的电输运性质，发现其中存在零磁场超导二极管效应和磁通量子化形成的超导干涉图案，揭示了该材料超导态存在时间反演对称性破缺、超导畴，以及可能的环路超流。相关结果发表在Nature（https://doi.org/10.1038/s41586-024-07431-y）上。

当超导材料中同时存在时间和空间反演对称性破缺时，可能出现超导二极管效应，即正向电流能以无耗散的超导电流形式通过超导二极管，而反向超流则受阻。借助这一效应，人们有望实现超低功耗的超导电子电路，同时也为探索超导材料中的对称性破缺现象提供了新的视角。该研究团队在CsV3Sb5的纳米薄片中发现零磁场超导二极管效应，表明材料本身具备时间反演对称性破缺。进一步地，他们观察到超导临界电流随磁场变化呈现出的周期性振荡行为，这与Little-Parks效应颇为相似，后者由超导环中的磁通量子化所引起。该现象暗示CsV3Sb5器件内部可能存在环路超流。值得一提的是，超导二极管效应和超导干涉图案都可通过热循环来调制——即当材料温度超过其超导转变温度后再冷却至低温，这些现象会发生变化。此行为可能与超导畴的动力学行为紧密相关。上述证据揭示了CsV3Sb5中自发时间反演破缺超导畴和畴壁边界环流的存在。这一发现对于深入研究笼目超导体系的超导配对对称性及非常规超导电性具有重要价值；此外，结合超导二极管和超导干涉效应测量，可以为探索新型时间反演破缺的手性超导体提供新方法，也为超导量子器件的研发提供了宝贵的思路。

文章信息

Superconducting diode effect and interference patterns in kagome CsV3Sb5

Tian Le, Zhiming Pan, Zhuokai Xu, Jinjin Liu, Jialu Wang, Zhefeng Lou, Xiaohui Yang, Zhiwei Wang, Yugui Yao, Congjun Wu*, Xiao Lin* 

Nature

DOI:10.1038/s41586-024-07431-y