近年来，非常规超导体中伴随出现的多种对称性破缺现象成为量子材料和凝聚态物理研究的前沿焦点。其中，超导配对密度波被认为是理解非常规超导机理及其奇异量子态的关键所在。尽管在铜氧化物、铁基超导体、笼目超导体以及过渡金属硫族化合物中，陆续有关于单个或多个晶格周期超导配对调制的报道，然而要探测配对序参量在晶胞内部的空间调制，一直是实验物理面临的重大挑战。
在前期欠掺杂单层1T′-MoTe2中观察到共存五倍单轴电荷密度波与配对密度波的基础上(Phys. Rev. B 112,L060503 (2025))，中国科学院苏州纳米所纳米真空互联实验站李坊森研究员等与清华大学物理系宋灿立、马旭村、薛其坤研究团队及波士顿学院汪自强研究组合作，基于真空互联的极低温扫描隧道显微镜和分子束外延等设备，在单层1T′-MoTe2超导薄膜首次直接观测到亚晶格内库珀对密度波（PDW）与电荷密度波（CDW）的竞争-耦合共存现象。研究团队在高质量原位外延生长单层1T′-MoTe2薄膜的基础上，利用极低温扫描隧道显微镜/隧道谱成像，清晰地观察到超导能隙大小、相干峰强度及能隙内态密度的周期性空间调制（如下图所示）。
该调制沿Mo原子链方向呈现三倍晶格周期的配对密度波结构，并在垂直方向上表现出半个晶胞周期的空间调制。这代表了目前实验上所能解析的最小空间周期的配对调制，充分体现了真空互联实验站极低温扫描隧道显微镜的分辨能力。进一步研究表明，该双轴配对密度波的形成与该多带体系中的有限动量配对密切相关；其调制幅度随着温度升高或外加磁场增强逐渐衰减直至消失，符合配对密度波的特性。尤为重要的是，研究发现PDW波矢与体系中CDW波矢截然不同，清晰地揭示出该双轴配对密度波的本征特性。本研究填补了PDW微观机制研究的缺口，建立了1T′-MoTe₂与铁硫族等强关联超导体的概念联系。
图：单层1T′-MoTe2薄膜中的双轴配对密度波。
该成果以 Imaging Sublattice Cooper-Pair Density Waves in Monolayer 1T′-MoTe2 为题发表于《物理评论快报》(Physical Review Letters )。以上成果的通讯作者为中国科学院苏州纳米所李坊森研究员、清华大学宋灿立教授、清华大学薛其坤教授和波士顿学院汪自强教授。研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委员会、量子信息前沿科学中心、低维量子物理全国重点实验室以及中国科学院苏州纳米所纳米真空互联实验站（Nano-X）的资助。
论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/x6k9-wgk9
https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/px77-3gg1
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