Detection of a pair density wave state in UTe2

配对 超导电性 物理 凝聚态物理 过剩 扫描隧道显微镜 库珀对 自旋(空气动力学) 费米子 电荷密度波 量子隧道 电子 量子力学 热力学
作者
Qiangqiang Gu,Joseph P. Carroll,Shuqiu Wang,Sheng Ran,Christopher Broyles,Hasan Siddiquee,Nicholas P. Butch,Shanta R. Saha,Johnpierre Paglione,J. C. Séamus Davis,Xiaolong Liu
出处
期刊:Nature [Springer Nature]
卷期号:618 (7967): 921-927
标识
DOI:10.1038/s41586-023-05919-7
摘要

Abstract Spin-triplet topological superconductors should exhibit many unprecedented electronic properties, including fractionalized electronic states relevant to quantum information processing. Although UTe 2 may embody such bulk topological superconductivity 1–11 , its superconductive order parameter Δ( k ) remains unknown 12 . Many diverse forms for Δ( k ) are physically possible 12 in such heavy fermion materials 13 . Moreover, intertwined 14,15 density waves of spin (SDW), charge (CDW) and pair (PDW) may interpose, with the latter exhibiting spatially modulating 14,15 superconductive order parameter Δ( r ), electron-pair density 16–19 and pairing energy gap 17,20–23 . Hence, the newly discovered CDW state 24 in UTe 2 motivates the prospect that a PDW state may exist in this material 24,25 . To search for it, we visualize the pairing energy gap with μeV-scale energy resolution using superconductive scanning tunnelling microscopy (STM) tips 26–31 . We detect three PDWs, each with peak-to-peak gap modulations of around 10 μeV and at incommensurate wavevectors P i =1,2,3 that are indistinguishable from the wavevectors Q i =1,2,3 of the prevenient 24 CDW. Concurrent visualization of the UTe 2 superconductive PDWs and the non-superconductive CDWs shows that every P i : Q i pair exhibits a relative spatial phase δϕ ≈ π. From these observations, and given UTe 2 as a spin-triplet superconductor 12 , this PDW state should be a spin-triplet PDW 24,25 . Although such states do exist 32 in superfluid 3 He, for superconductors, they are unprecedented.

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