在三维卡枷（kagome）晶格化合物CeRu2中，超导性对单轴应力与压力的不同指纹响应

为什么挤压晶体很重要

超导体是在没有电阻的情况下传输电流的材料，但大多数超导体只有在非常特定的条件下才能工作。本研究考察了一种不寻常的超导体CeRu2，其原子排列形成一种由角点共享三角形构成的三维卡枷（kagome）晶格。正因这种特殊几何结构，CeRu2中的电子表现出异常的行为，科学家认为这些行为可能是理解和控制超导性的关键。通过以不同方式轻轻挤压晶体，研究人员表明可以在不改变底层晶体结构的情况下，微妙地重塑电子配对的方式。

一种特殊的原子骨架

在CeRu2中，原子位于一种称为闪锌矿（pyrochlore）框架的位置，这天然形成了三维版的卡枷晶格。这种排列带来了诸如平带和狄拉克点（Dirac points）等不寻常的电子特征——这些术语描述了电子既能高度流动又能强烈相互作用的情形。早期测量已经表明CeRu2是超导体，其电子表现出复杂的关联行为。该材料在约40开尔文附近还显示出微妙的磁性重排迹象，远高于其进入超导态的温度。所有这些特征使CeRu2成为一个理想的平台来提出一个核心问题：我们能否仅通过施加力来调控其超导性？如果可以，这能揭示电子对的组织方式吗？

沿单一方向拉伸改变配对

研究组首先施加了单轴应力，也就是沿与卡枷层平行的单一面内方向施加的推力。他们利用基于植入缪子（muon）的技术跟踪超导转变温度和内部磁响应，缪子作为晶体内的微小局域探针。随着应力增加到约0.22吉帕——仍然温和到不会引发任何结构相变——转变温度呈现出穹顶状的变化：在低应力时保持平稳，升至一个小峰值，然后逐渐下降约16%。与此同时，对磁性信号的细致分析显示，费米面上超导能隙的分布从不均匀演化为更均匀。通俗地说，沿一个方向施压会抹平电子在不同动量方向上配对强度的差异，将一种有些不均的超导态变为更平滑的一致态。

各方向施压则产生薄弱点

接下来，研究人员将这种定向挤压与静水压进行了比较，后者是样品从各个方向均匀受压。在达到1.9吉帕的压力下，超导转变温度几乎没有变化，表明配对整体强度并未发生剧烈改变。然而，低温下的磁响应却讲述了一个不同的故事。在最高压力下，超电流密度在趋近零温时的温度依赖从类指数行为转为近线性的行为——这是所谓结点（nodes）的典型标志，即超导能隙降为零的点。此外，反映材料排斥磁场能力的抗磁响应几乎翻倍，并在最低温度出现小幅反常的顺磁上升。这些特征表明，在均匀压缩下，出现了一种更脆弱、高度各向异性的超导态。

两个旋钮，两种不同的超导面貌

为了解释这些对比性的效应，作者提出了一个定性图景。在CeRu2中，超导性很可能由一种复杂的、在费米面上强度变化的扩展s波分量混合而成。单轴应力通过在特定方向上破坏对称性，看起来降低了不同配对倾向之间的竞争，促使系统走向更均匀、无结点的能隙。相反，保持整体对称性的静水压则增强了某些各向异性分量，直至出现意外的结点。两种效应都只需适度的机械调节，凸显出超导态对电子结构细节——尤其是与卡枷几何相关的平带——的敏感依赖性。

这对未来超导体意味着什么

用通俗的话说，这项工作表明，轻柔地挤压复杂的超导体可以揭示并控制电子配对的隐含面貌。CeRu2处于两个丰富物理领域的交汇处：重费米子材料（electrons behaving as if extremely heavy）以及因为晶格几何而出现非凡量子态的卡枷体系。研究展示了单轴应力和静水压对其超导性留下截然不同的“指纹”——一种使其更加平滑，另一种则刻画出薄弱点——为通过机械方式调控量子材料提供了强有力的蓝图。这些见解可为未来设计可按需调节性质的超导体提供指导，有助于我们更接近实用且稳健的零电阻技术。

引用: Gerguri, O., Das, D., Sazgari, V. et al. Distinct uniaxial stress and pressure fingerprint of superconductivity in the 3D kagome lattice compound CeRu₂. Commun Phys 9, 122 (2026). https://doi.org/10.1038/s42005-026-02553-3

关键词: 卡枷超导体, 机械调控, 平带物理, 静水压, 单轴应力