研究背景
随着材料科学领域对拓扑态、几何阻挠及电子相关性相互作用新奇态的深入研究，六角格点晶体化合物成为理想的研究平台。这类材料包括超导体AV3Sb5（其中A为K、Rb或Cs），它们不仅展示了超导性，还呈现出复杂的相关和拓扑态。特别是AV3Sb5化合物中的电荷密度波（CDW）相引发了广泛关注，因为它不仅破坏了旋转和镜像对称性，还可能破坏了时间反演对称性，这种现象暗示着存在轨道磁性和错动环流轨道电流。然而，关于AV3Sb5中CDW是否真正破坏时间反演对称性的理论与实验结果存在显著分歧，这一问题激发了科学家们的极大兴趣。先前的扫描隧道显微镜（STM）测量和光学测量指示了CDW可能破坏时间反演对称性的证据，但近期的实验结果却出现了挑战，如STM测量结果的矛盾性和负的Sagnac干涉仪测量结果。为了解决这些争议，伊利诺伊大学的Vidya Madhavan团队在“Nature”期刊上发表了题为“Optical manipulation of the chargedensitywave state in RbV3Sb5”的研究论文。本研究使用了激光耦合STM技术，详细研究了六角格超导体RbV3Sb5中CDW相对电场和磁场的响应。RbV3Sb5相比常见的CsV3Sb5化合物，避免了不同类型键扭曲共存所带来的复杂性。研究显示，在施加特定方向的偏振光和朝向样品表面的磁场时，CDW的峰值强度和晶格参数发生显著变化。这些结果表明，系统通过非平凡的电致伸缩和压电磁响应，在自由能景观中从一个局部最小值切换到另一个，揭示了CDW相对电磁场的强约束对序参数对称性的重要性。 最终，本研究提出了一种最简单的CDW配置，即一致通量相位，这种配置不仅满足了实验观察条件，还能解释多个矛盾的实验结果，包括自发克尔效应。这种发现不仅促进了对AV3Sb5类材料中复杂量子现象的理解，还为利用光学手段动态控制量子材料中应变和对称性破缺打开了新的研究方向。
图文解读
（1）实验首次应用激光耦合扫描隧道显微镜（STM）研究了RbV3Sb5的CDW相响应。
- 通过在高对称方向施加线偏振光，首次观察到CDW峰值相对强度的可逆性切换。
- 实验中还利用磁场垂直于样品表面，展示了CDW强度在不同波矢方向上的响应。
（2）实验结果显示了CDW对电磁场的非平凡响应，对序参数的对称性提出了强约束。 （3）研究表明，最简单满足实验条件的CDW配置是一致通量相位，这种配置不仅破坏时间反演对称性，还能解释多种实验现象的一致性。
图1：RbV3Sb5的Sb表面识别和CDW峰值强度。
图2. 2a0 × 2a0 CDW中光诱导的强度顺序切换。
结论展望
本文深入研究了六角格超导体RbV3Sb5的电荷密度波（CDW）相对电场和磁场的响应，揭示了其非平凡的电致伸缩和压电磁响应特性。通过激光耦合的扫描隧道显微镜技术，作者展示了光的偏振如何在CDW序参数中引起可逆的强度切换，这表明了强烈的非线性电子声子耦合作用。同时，作者观察到磁场对CDW的影响，特别是朝向样品表面施加的磁场如何调节布拉格矢量方向的晶格参数，进而影响CDW峰的强度。这些实验结果为理解复杂量子材料中的对称性破缺和量子相变提供了新的视角和实验验证。在理论上，作者提出了一种最简单的CDW配置，即一致通量相位，它不仅满足了CDW对称性破缺的实验约束，还能解释先前矛盾的实验结果，如自发克尔效应和非磁性空间群的结构优化。这一发现不仅深化了作者对CDW的理解，还为在量子材料中实现光学和电磁控制提供了新的思路和可能性。Xing, Y., Bae, S., Ritz, E. et al. Optical manipulation of the chargedensitywave state in RbV3Sb5. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586024075195
