image: CaPtAs的晶体结构(a)和主要超导性质(b)-(e) view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
非中心对称化合物表现出丰富的物理性质。最近几年，凝聚态体系中的外尔费米子引起了广泛的兴趣，而这类现象主要存在于很多非中心对称化合物中，源于自旋轨道耦合引起的能带劈裂。而早在2004年，E. Bauer等人在非中心对称重费米子化合物CePt3Si中首次发现超导，开启了非中心对称超导的研究。当超导体缺乏中心反演对称时，反对称自旋轨道耦合允许自旋单态和自旋三重态混合，从而产生新颖的超导性质。随后，袁辉球等人在弱关联的非中心对称超导体Li2(Pt, Pd)3B中发现，自旋轨道耦合强度的大小可以调节混合超导配对态中自旋单态和自旋三重态的占比。随着越来越多非中心对称超导材料的发现，许多新奇的物理现象正逐渐呈现出来。理论上，非中心对称超导还被认为是一类潜在的拓扑超导材料。
近年来，一类新的弱关联非中心对称超导材料引起了人们的广泛关注。这些材料在超导转变温度以下发生时间反演对称性破缺，但不存在超导能隙节点，表现出许多与常规BCS超导相似的物理性质。越来越多的证据表明，该类超导广泛存在于非中心对称化合物中，但也出现在一些具有中心对称的超导体中，其时间反演对称破缺的物理起源以及超导配对机制仍亟待进一步研究。
近日，《中国科学：物理学 力学 天文学》英文版（SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy）发表了浙江大学袁辉球/Michael Smidman团队在非中心对称超导方面的最新研究成果，题为“CaPtAs: a new noncentrosymmetric superconductor”。
CaPtAs是碱土金属三元等原子砷化物中的一个成员，其四方晶体结构(a=b≠c)中存在三维的网状结构单元，与该系列中其他化合物（如SrPtAs，BaPtAs等）的六角蜂窝层状准二维结构有很大差别。该课题组成功合成了高质量的CaPtAs多晶和单晶样品，发现该化合物在大约1.5 K发生超导转变，正常态表现出普通金属行为。初步测量结果表明，该超导材料存在能隙节点，低温比热等结果可由p-波超导模型进行拟合。另有合作研究表明，该材料在超导转变温度以下发生时间反演对称破缺。这些结果显示，CaPtAs表现出与先前研究过的其他非中心对称超导体不同的物理性质，其超导态和超导配对机制仍有待进一步研究。
[Michael Smidman/袁辉球等在非中心对称超导方面开展了系列研究，扩展阅读可参考综述文章：M. Smidman, M. B. Salamon, H. Q. Yuan, and D. F. Agterberg, Superconductivity and spin–orbit coupling in non-centrosymmetric materials: a review, Rep. Prog. Phys. 80, 036501 (2017)。]
该项研究受国家重点研发项目(编号：2016YFA0300202，2017YFA0303100)、国家自然科学基金(编号：U1632275，11874320)、科学挑战计划(编号：TZ2016004)以及中央高校基本科研业务费的资助。
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文章信息： W. Xie, P. R. Zhang, B. Shen, W. B. Jiang, G. M. Pang, T. Shang, C. Cao, M. Smidman, and H. Q. Yuan, CaPtAs: A new noncentrosymmetric superconductor, Sci. China-Phys. Mech. Astron. 63, 237412 (2020), https://doi.org/10.1007/s11433-019-1488-5 http://engine.scichina.com/publisher/scp/journal/SCPMA/63/3/10.1007/s11433-019-1488-5?slug=fulltext