超导，一个听起来神秘而又充满未来感的词汇。它代表着一种特殊的导电状态，即在特定温度下电阻为零的现象。超导材料的发现，为人类社会带来了无数的可能，如磁悬浮列车、超导输电等。然而，超导的机理一直是困扰科学家的世纪难题。
近日，浙江大学和中国科学院物理研究所的科学家们在超导研究领域取得了重大突破，他们发现了一种新型的超导材料——铬基笼目晶格反铁磁体CsCr3Sb5。这项研究成果发表在国际顶级期刊《Nature》上，为我们深入理解超导现象，尤其是高温超导的机理，提供了全新的视角。
笼目晶格是一种特殊的晶体结构，就像竹筐编织成的网一样（图）。这种结构具有独特的几何性质，使其在电子性质方面表现出许多奇特的现象。近年来，笼目晶格材料因其在超导、磁性等方面的潜在应用而备受关注。
图：竹筐中的笼目图案
超导研究自上世纪起便备受关注，常规超导体的超导电性主要来源于电子-声子耦合，但随着研究的深入，人们发现了“非常规超导体”，如包含Cu2+自旋的高温超导体和含有铁元素的层状材料。这些非常规超导体的超导机理仍是当今物理学领域的重大难题。研究表明，具有磁性的三角或六角晶格结构有可能实现非常规超导，而笼目晶格正是其中一种独特的六角晶格结构。近年来，钒基笼目晶格材料AV3Sb5（A=K, Rb, Cs）的发现再次点燃了研究热潮，但这些材料的电子关联性较弱，超导电性可能仍来源于常规的电-声子配对机制。
曹光旱研究团队通过改变助溶剂配比，成功合成了铬基笼目晶格结构的单晶CsCr3Sb5。研究表明，该材料是一种强关联“坏金属”，具备自旋密度波转变特性，明显区别于钒基笼目材料。通过施加压力，研究团队在CsCr3Sb5中观察到超导电性，且最高的超导转变温度（6.4K）出现在磁有序消失的临界点附近。
图：铬基笼目材料的晶体照片和晶体结构
图2 (a) 非常规超导体的普适电子相图示意图；
(b) 铬基笼目超导体CsCr3Sb5的电子相图
图3 常规超导体与非常规超导体按照超导转变温度Tc及费米温度TF的分布。铬基笼目超导体CsCr3Sb5的Tc/TF值与典型非常规超导体相当
实验结果表明，CsCr3Sb5不仅展现出非常规超导体的普适电子相图，还在高温正常态下显示出非费米液体行为。研究人员进一步指出，该材料的Tc/TF值（Tc为超导转变温度，TF为费米温度）与典型非常规超导体相当，进一步支持了它作为非常规超导体的独特性。
研究团队与支持
该研究由浙江大学曹光旱教授与中国科学院物理研究所程金光、周睿等研究员合作完成，来自浙江大学、中国科学院物理研究所、杭州师范大学等多个研究单位的科研人员参与了这项工作。研究得到了国家自然科学基金等多个项目的支持，部分实验在国家重大科技基础设施——综合极端条件实验装置（SECUF）上完成。
论文地址：DOI : 10.1038/s41586-024-07761-x
