单层NbSe2中Friedel振荡诱导的手性超导电性：库仑相互作用与多轨道屏蔽效应的协同机制

本研究通过第一性原理紧束缚模型，揭示了单层1H-NbSe2中由库仑相互作用驱动的非常规超导机制。研究人员发现三角晶格中多轨道屏蔽效应引发的Friedel振荡是Kohn-Luttinger超导配对的关键，并预测了具有E'对称性的手性p+ip超导态，其全能隙特征与隧道光谱实验结果高度吻合，为二维过渡金属二硫化物（TMDs）的超导起源提供了新视角。

　　

在二维材料研究领域，过渡金属二硫化物（TMDs）因其独特的电子特性成为热点。单层NbSe₂作为典型代表，展现出超导性、强Ising自旋轨道耦合（SOC）和电荷密度波等丰富物理现象。然而，其超导配对机制长期存在争议：传统观点认为声子介导的s波配对占主导，但实验观测到的各向异性能隙和违反泡利极限的行为暗示可能存在非常规配对机制。

为解答这一难题，Julian Siegl等研究者聚焦单层1H-NbSe₂，提出库仑相互作用在多轨道三角晶格中的选择性屏蔽效应可诱导非常规超导。研究团队结合第一性原理计算与随机相位近似（RPA），首次在实空间观察到交替变化的Friedel振荡——这是实现Kohn-Luttinger超导机制的关键。当考虑Se p轨道贡献时，屏蔽作用在Γ谷与K/K'谷间呈现显著不对称性，导致短程谷间散射占优，为电子配对提供有效吸引力。

研究主要采用三项关键技术：1）基于ab initio的紧束缚参数化方法构建Nb的d_z²和d_x²-y²±id_xy轨道低能带模型；2）改进的二维RPA方法计算包含Bloch重叠因子的介电张量；3）自洽求解D_3h对称群E'不可约表示下的多通道能隙方程。实验验证部分使用分子束外延（MBE）生长的单层NbSe₂/双层石墨烯样品，通过0.34K超高分辨扫描隧道显微镜（STM）获取微分电导谱。

Friedel振荡与实空间相互作用

通过精确计算包含Umklapp过程的极化率张量，研究发现宏观极化率P_0,0在小动量转移（q≈Γ）时形成平台，而在大动量（q≈K）处急剧下降，这与常矩阵元近似（CME）结果截然相反。实空间势场呈现三重对称的Friedel振荡：在位点强排斥，近邻位点吸引，次近邻再次排斥。

超导不稳定性分析

线性化能隙方程显示，在临界温度T_c附近存在两个简并的E'对称解（p_x和p_y型），其本征值λ=-0.154（对应T_c=2K）。自洽计算表明，二者的线性组合p+ip手性态在低温下成为稳定基态，自由能比A₁'对称的s/f混合态低约15%。

实验验证

STM测量显示340mK时存在0.4-0.5meV的硬能隙，与手性态理论预测的DOS谱高度吻合（拟合优度R²>0.98），而节点型的p_x态预测的V型能隙与实验不符。温度演化曲线进一步证实能隙随T_c变化的BCS关系。

该研究首次在单层NbSe₂中建立了Friedel振荡-手性超导的微观关联，突破传统声子配对框架。提出的多轨道屏蔽模型为理解二维TMDs中超导与电荷序竞争提供了新范式，其预测的三重对称势场振荡可作为鉴别非常规配对的指纹。未来通过准粒子干涉或边缘态测量进一步验证手性性，将推动拓扑超导器件的设计。论文发表于《Nature Communications》2025年第6期，为德国雷根斯堡大学Milena Grifoni团队与西班牙材料物理中心Miguel M. Ugeda团队的联合成果。