2020年，有研究報道了一種新型層狀kagome結構超導體，AV3Sb5 (A= K, Rb, Cs) 。這種AV3Sb5超導體因獨特的kagome結構而具有平帶（flat band）、鞍點（saddle point），以及具有線性色散關系的狄拉克點（Dirac point）等特殊的電子能帶結構，展現出電子強關聯、拓撲與多體效應，成為探究幾何阻挫、非平庸拓撲能帶以及多種電子序耦合與競爭的重要平臺，是凝聚態物理的研究熱點之一。目前，研究表明該材料體系具有非常規超導性、反常的手性電荷密度波（CDW）、手性磁通相、反常Hall效應，以及配對密度波（Nature 599, 222 (2021)）、電子向列相（Nature 604, 59 (2022)）、電磁手性各向異性（Nature 611, 461 (2022)）等豐富的有序態和奇異物理現象，并發現其電子能譜、輸運性質等方面均表現出很強的二維特征，逐漸認為籠目超導體AV3Sb5中的物理特性, 主要來源于二維平面內V原子和Sb原子構成的籠目層，同時，第一性原理計算表明，二維平面內V原子的3d軌道和平面內Sb原子的5p軌道在費米面附近貢獻較大，其超導配對機制和其他關聯電子態均與費米面附近的多個范霍夫奇異點（Van Hove singularities，VHS）有關。
目前，對籠目結構超導體AV3Sb5的超導態與CDW等競爭電子態之間復雜的演生現象及其物理機制尚存爭議。僅對常壓下的純相AV3Sb5進行研究，無法提高其超導轉變溫度，也很難獲得其超導電性隨載流子濃度、電子能帶結構、磁有序和電荷序等關鍵因素的系統演化規律。為探討AV3Sb5超導電性在這種復雜的電子環境中的行為特征及其與共存有序態的關聯，探索非常規超導起源，研究最先利用高壓這一便捷的手段去有效縮短CsV3Sb5晶格的原子間距，通過鍵長、鍵角等晶格結構參數的變化調控各種序參量。對壓力變化的超導轉變溫度、CDW態的演化進行研究發現，壓力單調抑制CsV3Sb5的CDW，而CsV3Sb5超導轉變溫度Tc呈現出M形的非單調雙拱形演化行為【Phys. Rev. Lett. 126, 247001 (2021)；Nat. Commun. 12, 3645 (2021)】，主要歸結于加壓引起電子結構沿c軸的色散或者公度的CDW態轉變為近公度CDW態，但微觀演化機制仍不明晰。在不顯著改變晶體參數的條件下，另一研究超導機制和關聯電子態演化的有效手段是進行化學摻雜精細調控載流子濃度，特別是對kagome層的V原子和近鄰kagome層的Sb原子的元素替代，有望揭示過渡金屬元素的電荷序、自旋序、軌道序對平帶、范霍夫奇異點等特殊電子結構，進而對超導、CDW、PDW、電子向列相等關聯電子態的影響規律。由于對化學摻雜元素的原子半徑、價態、摻雜量的精確調控具有高的要求，通過化學摻雜實現對kagome層結構及其關聯電子態的調制研究未見報道。
近幾年，中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心高鴻鈞研究團隊對AV3Sb5體系進行系統而深入的研究。該團隊研究員楊海濤等制備出Tc達3.5 K的高質量CsV3Sb5單晶，并在原子尺度揭示了CsV3Sb5的非常規超導態的獨特性質，首次在銅基超導體外的超導體系中發現了非常規配對密度波（Nature 599, 222 (2021)）。科研人員基于高質量的單晶，并與國內外多個研究團隊開展合作，對其超導態的各向異性（Chin. Phys. Lett. 38, 057403 2021, as Express Lett.）、新的CDW態電荷調制機理【npj Quantum Mater. 7, 30 (2022)】、kagome層間有序性對費米面的影響【Phys. Rev. Lett. 129, 157001 (2022)】、單向電荷密度波【Chin. Phys. B 31, 058102 (2022)】、動量依賴的CDW能隙（arXiv:2104.05556）、時間反演對稱性破缺關聯的隱藏序（arXiv: 2107.10714）等進行了系統研究，取得了一系列具有重要影響的成果。
近日，楊海濤與博士研究生趙振等，通過改進的助熔劑法在國際上首次合成了Ti摻雜的新型層狀籠目結構超導體CsV3-xTixSb5單晶。該研究實現了Ti摻雜比例從0.03到0.27的精細調控，單晶尺寸可達1 cm。（008）晶面的X射線衍射峰搖擺曲線的半高寬僅為0.07°，表明制備的晶體具有極高質量，為研究CsV3Sb5的各種電子關聯態隨化學摻雜的演化奠定了基礎。該團隊與中國科學院大學教授周武合作，利用掃描透射電子顯微鏡（STEM）進行高分辯截面原子結構的測量，證明Ti原子直接替代了kagome層的V原子；與物理所研究員董曉莉和程金光等合作，進行系統的磁化率、各向異性磁電阻（AMR）、Tc等宏觀物性測量與研究；與副研究員陳輝和博士研究生黃子豪合作，采用極低溫強磁場掃描隧道顯微鏡/譜（STM/S）聯合系統對CsV3-xTixSb5單晶，開展原子水平上的結構與物性研究。研究發現，在Ti原子的摻雜比率小于0.05時，Tc單調降低，同時，STS觀察到的V形非常規超導能隙與減弱的長程CDW、PDW、AHE和電子向列相共存，其中長程的雙向2a0 ×2a0 和單向4a0 CDW以及4/3a0 PDW同時被抑制，表明三者具有強的關聯性。在Ti原子摻雜比率大于0.05時，Tc又隨摻雜比率的增加而升高，在摻雜比率為0.27時增加到3.7 K，稍高于純相的Tc。同時，STS觀察到U型的常規超導能隙，其僅和旋轉對稱性破缺的短程CDW共存，長程雙向2a0 ×2a0 和單向4a0 CDW以及4/3a0 PDW、面內磁阻的兩重對稱性和AHE均消失，其中短程的條紋序在55 K的臨界溫度消失。這表明了高摻雜比率導致新超導相的出現。
為了揭示化學摻雜引起的超導、CDW等電子關聯態的演化機制，科研人員與物理所研究員周興江、美國波士頓學院教授汪自強、以色列科學研究所教授顏炳海等合作，利用角分辨光電子能譜與密度泛函理論計算等對不同摻雜比例的CsV3-xTixSb5單晶進行系統研究，發現了純相CsV3Sb5在Γ點費米面以下存在一些由2a0 ×2a0長程CDW在M點的能帶折疊產生的電子能帶，且輕微摻雜即導致這些能帶消失。隨著摻雜比率的增加，整個費米面向上偏移，到x=0.27時產生了100 meV的偏移，表明Ti摻雜產生了hole doping效應并能有效調節費米能級。進一步研究發現，M點的范霍夫奇異點在Ti摻雜后向上偏移并越過費米能級，因此在M點附近的電子散射被抑制，導致CDW、AHE、AMR和電子向列相等關聯電子態的抑制以及新超導相的出現。此外，研究實現了其他過渡金屬原子（Cr、Nb等）對kagome層V原子的替代，發現了不同元素摻雜對CsV3Sb5體系的超導轉變溫度、超導能隙具有不同的調制作用，有助于全面剖析示kagome層在籠目結構超導體中的關鍵作用。
該研究首次實現了對籠目結構超導體AV3Sb5體系的化學摻雜，首次報道了籠目結構超導體CsV3Sb5中超導、CDW等多種競爭序隨化學摻雜的演化相圖，對闡釋配對密度波、電荷密度波、電子向列相的形成機制以及揭示多種相互交纏電子態和非常規超導機制的關聯作用具有重要意義。相關研究成果發表在Science Bulletin上 。研究工作得到科技部、國家自然科學基金和中科院的支持。