研究超导态的对称性及其与正常态的内在联系，是凝聚态物理领域核心前沿。近年来，笼目超导体CsV₃Sb₅因其独特的晶格结构与电子关联效应所产生的复杂量子态，成为该前沿研究的绝佳平台。然而，在这些新奇量子态背后，一个核心科学问题仍悬而未决：该体系是否存在自发的时间反演对称性破缺，以及（若存在）这种破缺究竟是在高温的电荷密度波态中就已产生，还是仅伴随低温的超导态而生？厘清这一核心问题，有助于深入理解笼目超导体系复杂量子态的微观机理。

近日，北京大学物理学院量子材料科学中心王健课题组与合作者在这一核心问题上取得重要突破。研究团队创新性引入高温磁场训练手段，低温下在CsV₃Sb₅薄层器件中观测到了具有“正常态记忆”的零场超导二极管效应，为笼目超导体系中存在自发的时间反演对称性破缺提供了直接的实验证据，并清晰地揭示出这种对称性破缺在高温的电荷密度波态建立时就已确立。

研究团队利用机械剥离和微纳加工技术制备了高质量的CsV₃Sb₅薄层器件（厚度从8.8纳米到33纳米），并开展了系统的电输运测量。测量伏安特性发现，在零磁场下，器件超导态的正负临界电流不对称（图1），这是超导二极管效应的典型特征。

图1 CsV₃Sb₅薄层器件中的零磁场超导二极管效应与整流效应

为了确认上述超导二极管效应的零磁场特性，研究团队采取室温震荡磁场归零、将测量系统超导磁体升到室温释放钉扎磁通、利用高精度霍尔传感器实时监测系统磁场，并主动施加补偿磁场抵消系统剩余磁场等方式将环境磁场校准至 0.01 Oe 以内。在此严苛条件下，团队开展了原位器件翻转实验，翻转前后，超导二极管效应的极性保持不变，明确排除了系统残余磁场或地磁场导致超导二极管效应的可能性。

　　超导二极管效应的出现，要求体系同时破缺时间反演对称性和空间反演对称性。为了探索CsV₃Sb₅器件中超导态时间反演对称性破缺的起源，研究团队创新性地引入了高温磁场训练的方法：在300 K对CsV₃Sb₅薄片器件施加磁场并带场降温跨越电荷密度波转变温度，在进入超导相变前（如 50 K 或 5 K），将磁场撤至零场，再在零磁场下降温至零电阻超导态进行测量。统计数据显示，低温下的零场超导二极管极性，与高温施加的训练磁场方向一一对应（图2）。作为对照，若在150 K（高于电荷密度波转变温度）就撤除磁场，超导二极管极性则呈现随机状态，不依赖于高温施加的训练磁场方向（图3）。

图2 室温加磁场，带场降温跨过电荷密度波态转变温度并撤场后，低温下的零场超导二极管极性与正常态磁场方向实现一一对应

图3 室温加磁场，带场降温到电荷密度波态转变温度以上撤场，则低温超导二极管极性呈随机状态，与正常态磁场方向无关

这些实验结果表明，CsV₃Sb₅在进入超导相变之前，其具有电荷密度波的正常态就已经建立了自发的时间反演对称性破缺，这与理论预言笼目体系由微观“环路电流（loop current）”驱动时间反演对称性破缺的物理图像相吻合。正常态中建立的时间反演对称性破缺，决定了系统在低温下超导态的手性特征。在宏观上，这一过程展现出一种本征的物理记忆效应：即外加磁场在高温正常态实现了系统手性信息的“写入”，而低温下的零场超导二极管极性则实现了该信息的“读出”。进一步将薄层器件加工成微纳桥结构，依然可以观测到零场下的超导二极管效应，表明微纳加工的过程并不影响笼目超导中自发的时间反演对称性破缺。

笼目超导体CsV₃Sb₅中具有“正常态记忆”的零场超导二极管效应，为该体系时间反演对称性破缺发生在高温电荷密度波态提供了直接证据。该工作以Nonreciprocal superconducting critical currents with normal state field trainability in kagome superconductor CsV₃Sb₅为题，于2026年5月5日在线发表于学术期刊Nature Communications。北京大学物理学院量子材料科学中心特聘副研究员葛军与博士生刘小琪为共同第一作者，王健教授为通讯作者。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-72799-6