具有笼目晶格的量子材料因其能带结构中包含平带、狄拉克点、范霍夫奇点等特征而备受关注。近期，人们在实验上合成了钒基笼目金属体系AV₃Sb₅（A = K、Rb、Cs）并观察到超导电性、手性电荷序、配对密度波、反常霍尔效应等丰富物理现象，吸引了大量研究并成为当前凝聚态物理领域的前沿热点。在探索与AV₃Sb₅同结构的笼目结构量子材料过程中，浙江大学曹光旱团队经过大量实验，率先制备出新型铬基笼目结构CsCr₃Sb₅单晶，通过详细测试电阻率、磁化率、比热以及低温晶体结构，发现其在T_N≈55K发生长程反铁磁序并伴随电荷密度波的形成，电输运呈现“坏金属”特性。与AV₃Sb₅相比，CsCr₃Sb₅的电子关联明显增强，这为研究笼目晶格的强关联物理提供了崭新的材料平台，其常压下的磁有序形式以及能否通过压力驱动磁性量子临界点进而实现非常规超导成为最受关注的问题。然后，由于CsCr₃Sb₅单晶样品极薄、易碎、且产量少等特点，从实验上确定常压下的磁有序和精确测量高压下的物性演化非常困难。最终，曹光旱团队与中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心的程金光团队和周睿团队合作，借助综合极端条件实验装置（SECUF）的独特实验技术，成功克服上述困难并率先在压力驱动的磁性量子临界点附近观察到非常规超导电性，助力了新型笼目铬基超导体的发现。

　　由于CsCr₃Sb₅单晶累加起来总质量不到0.1 mg，常规的谱学测量很难表征其常压下的磁有序性质。物理所怀柔研究部HX-02组的申沁鑫、罗军、杨杰和周睿，利用SECUF-A6实验站提供的全超导磁体强场核磁共振系统，在25T的强磁场下进行了长时间的¹²³Sb核磁共振谱测量，如图1所示，发现其谱重在T_N≈55K以下随温度降低而急剧减小，这表明谱型发生了很大改变，同时还可能存在磁涨落导致的自旋-自旋弛豫时间减小，这是典型的磁相变特征。此外，¹²³Sb核磁共振谱在低温下还劈裂成两个很宽的峰，直接提供了反铁磁序存在的谱学证据。这些结果证明CsCr₃Sb₅是一个具有长程反铁磁序的强关联金属体系。相较于普通的核磁共振测量系统，A6实验站的25T强磁场可将测量效率提高10倍以上，这对于成功测量如此少量的单晶样品发挥了关键作用。

　　由于CsCr₃Sb₅单晶的厚度仅~ 20μm且容易碎裂，高压物性测试难度很大。物理所怀柔研究部HX-EX6组的刘子儀、杨芃焘、王铂森和程金光，利用SECUF-A2实验站提供的大腔体六面砧高压低温物性测量系统，充分发挥其样品空间大、静水压好的优势，详细测试了CsCr₃Sb₅单晶在0-12GPa范围内的电阻率和交流磁化率，从而精确跟踪了反铁磁序和超导电性随加压的演化过程。如图2所示，随着压力（P）升高，常压下单一的反铁磁序（T_N）逐渐演变为两个连续的转变（T₁和T₂），压力下呈现出密度波转变的特征并逐渐被压力所抑制。当P升高至~3.65GPa时，低温下观察到超导态和密度波共存的现象；而在4 ~ 8GPa范围内电输运性质则呈现清晰的“零电阻”超导特征。高压下的交流磁化率测试显示出明显抗磁信号，从而确认压力下出现的超导态为本征的体超导。基于上述高压测量结果，可以绘制出CsCr₃Sb₅单晶的温度-压力相图。如图2d所示，CsCr₃Sb₅在3.65~8GPa的压力范围内呈现出圆拱形超导相图，在磁有序消失的临界压力P_c≈4.2GPa，超导转变温度达到最高T_c ~ 6.4 K，上临界场μ₀H_c2(0)亦达到最大值14.34T，这超过泡利顺磁极限μ₀H_p = 1.84T_c = 11.78T。当压力超过10GPa后，超导电性消失。对电阻率数据的分析显示，P_c附近正常态呈现非费米液体行为和电子有效质量发散的量子临界特征，与铁基、CrAs和MnP等非常规超导体的相图非常相似，这意味着CsCr₃Sb₅压力诱导的超导态很可能具有非常规配对机制。

　　相关结果以“Superconductivity under pressure in a chromium-based kagome metal”为题于8月28日发表在Nature上，https://www.nature.com/articles/s41586-024-07761-x。浙江大学刘艺博士、物理所刘子儀副研究员（超导重点实验室SC4组）、杭州师范大学鲍金科副教授为论文共同第一作者，浙江大学曹光旱教授、物理所程金光研究员和周睿特聘研究员为论文共同通讯作者。此外，物理所SECUF-A2（六面砧高压实验站）的王铂森副研究员、杨芃焘副主任工程师，SECUF-A6（高场核磁共振实验站）的杨杰副研究员、罗军副研究员、申沁鑫博士研究生等参与了本工作，并得到科技部重点研发计划、国家自然科学基金委、中科院B类先导专项和青促会优秀会员等项目的支持。SECUF-A6实验站的高场全超导磁体由中国科学院电工研究所王秋良院士团队联合研制。

　　SECUF是国家“十二五”重大科技基础设施，已建成国际先进的集极低温、超高压、强磁场和超快光场等综合极端条件为一体的用户实验装置，可极大提升我国在物质科学及相关领域的基础研究与应用基础研究综合实力。SECUF于2017年开始动工，2023年初全面投入试运行，20个实验站对国内外用户开放。SECUF的课题征集与评审均通过中国科学院重大科技基础设施共享服务平台（https://lssf.cas.cn）进行，每年3月和9月各开放一轮用户课题的集中征集。

　　[1] Y. Liu, Z. Y. Liu, J. K. Bao, P. T. Yang, L. W. Ji, S. Q. Wu, Q. X. Shen, J. Luo, J. Yang, J. Y. Liu, C. C. Xu, W. Z. Yang, W. L. Chai, J. Y. Lu, C. C. Liu, B. S. Wang, H. Jiang, Q. Tao, Z. Ren, X. F. Xu, C. Cao, Z. A. Xu, R. Zhou, J.-G. Cheng, G.-H. Cao, “Superconductivity under pressure in a chromium-based kagome metal”; Nature (2024), https://www.nature.com/articles/s41586-024-07761-x.

图1. CsCr₃Sb₅单晶的高场核磁共振测量结果以及反铁磁序的确认

图2. CsCr₃Sb₅中压力诱导的非常规超导电性