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凝聚态物理研究的前沿焦点。其中，配对密度波被认为是理解非常规超导机理及其奇异电子态的重要关键。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，陆续有关具有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。
近期，清华大学物理系宋灿立、马旭村与南方科技大学薛其坤研究团队，联合中国科学院苏州纳米所纳米真空互联实验站李坊森和波士顿学院汪自强研究组，在单层超导薄膜1T′-MoTe2中首次直接观察到半个晶胞尺度的配对密度调制。研究团队利用极低温扫描隧道显微镜，在高质量外延生长的单层1T′-MoTe2薄膜上，清晰揭示了超导能隙大小、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）。实验发现，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，代表了目前实验上所能解析的最小空间周期的配对调制。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，研究发现他们的波矢与体系中电荷密度波的波矢截然不同，清晰地揭示出该双轴配对密度波的本征特性。
图：单层1T′-MoTe2薄膜中的双轴配对密度波。
值得指出的是，该研究团队在早期工作中已在欠掺杂单层1T′-MoTe2中观察到共存的单轴电荷密度波与配对密度波，二者共享相同的波矢，对应于沿Mo原子链方向五倍晶格周期的空间调制 (Phys. Rev. B 112, L060503 (2025))。在此基础上，团队进一步通过优化样品制备与电子掺杂调控，在更高掺杂区域的样品中揭示了超导配对在晶胞内部的精细结构，实现了从晶格尺度到亚晶格尺度的跨越式观测。这种亚晶胞尺度本征配对密度波反映了体系电子关联与晶格内部结构性之间更深层次的耦合，为深入理解非常规超导体中配对密度波及其微观机制提供了全新的实验依据与物理视角。
该成果以“ Imaging Sublattice Cooper-Pair Density Waves in Monolayer 1T′-MoTe2”为题发表于2025年10月15日的《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。清华物理系2018级博士研究生程方君（现为美国圣母大学博士后）与2022级博士研究生娄聪聪为共同第一作者。本研究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。
文章链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/x6k9-wgk9
https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/px77-3gg1
