（通讯员 葛永恒）7月13日，《先进材料》（Advanced Materials）在线发表了国家脉冲强磁场科学中心徐刚教授团队与瑞士保罗谢勒研究所、日本东京大学等单位合作完成的研究论文“Uniaxial Stress Enhanced Anisotropic Magnetoresistance and Superconductivity in the Kagome Superconductor LaRu3Si2”。中心2023级博士生葛永恒与瑞士保罗谢勒研究所P.Kral、V.Sazgari为论文共同第一作者，徐刚教授与瑞士保罗谢勒研究所Z.Guguchia教授为论文共同通讯作者。
Kagome电子结构及其关联量子态的调控是凝聚态物理领域的重要前沿问题。LaRu3Si2是典型的Kagome超导体，其二次电荷有序（CO-II）相的晶体结构及重构布里渊区如图a所示。该体系具有约400K的初级电荷序、约80K的次级电荷序、约35K以下的弱磁性态以及约7K的超导转变。这种多序共存的特性使其成为研究电荷序、磁性、超导三者相互作用的理想平台。此前，其电子结构和超导性质常用化学替代和静水压进行调控，但化学替代可能引入无序，静水压力则缺乏晶向选择性，难以定向研究特定结构畸变和电子态对输运及超导性质的影响。
针对上述问题，研究团队采用面内单轴应力对LaRu3Si2的Kagome电子结构及其输运性质进行定向调控，实验装置及测量构型如图b所示。磁输运测量表明，该体系的超导和正常态响应均具有显著的各向异性。正常态磁阻响应在电流、磁场均位于Kagome面内且相互垂直的构型下最为显著，在10K、9T下接近23%。在施加0.6GPa面内单轴压力下，磁阻提高至约35%，较无应力状态增大约60%。与此同时，超导转变温度随压力单调升高，在0.6GPa下提高约0.3K，如图c、d所示。研究结果表明，单轴应力能够同时调控LaRu3Si2的超导性质和正常态磁输运响应。
图为面内单轴应力调控LaRu3Si2的电子结构、超导与磁输运性质。(a)LaRu3Si2二次电荷有序（CO-II）相的晶体结构及重构布里渊区；(b)面内单轴压力实验装置及测量构型示意图；(c)超导转变温度和磁阻随单轴应力的演化；(d)不同单轴压力下的实验磁阻曲线；(e,f)0GPa和0.61GPa下的电子能带结构，红色标记表示Ru-dz2轨道投影权重；(g)费米能级处总态密度及Ru-dz2Kagome准平带能量位置随单轴应力的演化；(h)不同单轴应力下理论计算的磁阻。
为揭示上述现象的微观机制，研究团队进一步开展了第一性原理计算。图e、f分别给出了0GPa和0.61GPa单轴应力下的电子能带结构，图g进一步展示了总态密度和平带能量位置随单轴压力的演化。研究发现，Ru-dz2轨道主导的Kagome准平带随面内单轴应力的增加向低能移动并逐渐远离费米能级，同时费米能级处的总态密度增加。总态密度增加有利于提高超导转变温度，而平带远离费米能级会削弱其关联效应和对超导配对的贡献，两种竞争作用使超导转变温度仅呈现微小的提升。相比之下，平带移动对正常态磁输运的影响更为显著。随着平带远离费米能级，重载流子对费米面的贡献减小，准粒子的平均有效质量降低、回旋频率增大，从而显著增强磁阻。理论计算再现了磁阻随单轴应力增强的实验趋势，如图h所示，表明Kagome平带的应力驱动演化是磁阻增强的主要原因。
该研究揭示了LaRu3Si2中超导、磁阻和Kagome电子结构之间的内在联系，展示了单轴应力在避免化学无序的同时定向调控平带和关联量子态的优势，为进一步研究Kagome超导体及其他平带材料中的应力调控效应提供了新的实验路径。
该研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目支持。
论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.74067
