UTe2中超导涡旋对称性破缺的光谱证据：自旋三重态配对与磁化诱导电流的微观揭示

为解决自旋三重态超导体UTe2中涡旋行为的未解之谜，上海科技大学等团队通过超低温扫描隧道显微镜（STM/STS）技术，首次观测到涡旋核心的零能态空间分布与磁场诱导的对称性破缺。研究发现，涡旋核心的零能态呈雪茄形延伸（沿[100]方向达30 nm），且超导能隙深度与相干峰强度在涡旋两侧呈现不对称性，揭示了磁化诱导束缚电流与超电流的相互作用机制。该成果发表于《National Science Review》，为理解UTe2的非常规超导性质提供了关键微观证据。

　　

研究背景与科学问题
自旋三重态超导体（spin-triplet superconductor）因其潜在的拓扑量子态和分数量子化现象，成为凝聚态物理的前沿课题。铀基重费米子超导体UTe₂因其远超泡利极限的上临界场、核磁共振（NMR） Knight shift异常等特征，被广泛认为是自旋三重态配对的候选材料。然而，其涡旋核心的微观行为及磁场下的对称性破缺机制始终未被直接观测，阻碍了对超导序参量本质的理解。

研究设计与技术方法
上海科技大学联合牛津大学等机构，利用熔融盐法（MSF）生长高质量UTe₂单晶，通过30 mK超低温STM/STS技术，在(0-11)解理面上施加垂直磁场，结合微分电导（dI/dV） mapping捕捉涡旋晶格与核心态的空间分布。关键实验包括磁场依赖的零能态成像、涡旋对称性分析及磁化模型构建。

研究结果

1. 涡旋核心态的雪茄形分布
   零能态沿[100]方向延伸至30 nm，而沿[011]方向仅5 nm，反映Ginzburg-Landau相干长度ξ的各向异性（ξ₁~15 nm vs. ξ₂~5 nm）。

   

2. 磁场诱导的对称性破缺
   涡旋右侧（沿[011]方向）的超导能隙深度与相干峰强度显著高于左侧，甚至超越零场数据。这种不对称性源于磁化（M）与表面法向量（n）交叉产生的束缚电流（K=M×n）与超电流（v_s）的竞争。

3. 弱钉扎效应与磁场无关性
   涡旋易受扰动移动，但对称性破缺模式在±1 T磁场下保持不变，排除了局部缺陷或磁场取向偏差的影响。

   

结论与意义
该研究首次揭示了UTe₂涡旋核心的零能态空间构型与磁化诱导的对称性破缺，提出束缚电流-超电流相互作用模型，为自旋三重态超导体的涡旋物理提供了新范式。这一发现不仅解释了UTe₂中手性边界态的起源，也为其他强顺磁超导体的涡旋行为研究提供了普适性框架。