[論文レビュー] Charge-4e and charge-6e flux quantization and higher charge superconductivity in kagome superconductor ring devices

Jun Ge, Pinyuan Wang+7 more|arXiv (Cornell University)|Jan 25, 2022

Physics of Superconductivity and Magnetism参考文献 35被引用数 22

ひとこと要約

本論文は CsV3Sb5 カゴメ超伝導体リングにおける多電荷フラックス量子化（h/2e、h/4e、h/6e）についての磁気輸送証拠を報告し、より高電荷の超伝導性を示唆している。

ABSTRACT

The flux quantization is a key indication of electron pairing in superconductors. For example, the well-known h/2e flux quantization is considered strong evidence for the existence of the charge-2e, two-electron Cooper pairs. Here we report evidence for multi-charge flux quantization in mesoscopic ring devices fabricated using the transition-metal kagome superconductor CsV3Sb5. We perform systematic magneto-transport measurements and observe unprecedented quantization of magnetic flux in units of h/4e and h/6e in magnetoresistance oscillations. Specifically, at low temperatures, magnetoresistance oscillations with period h/2e are detected, as expected from the flux quantization for charge-2e superconductivity. We find that the h/2e oscillations are suppressed and replaced by resistance oscillations with h/4e periodicity when temperature is increased. Increasing the temperature further suppresses the h/4e oscillations and robust resistance oscillations with h/6e periodicity emerge as evidence for charge-6e flux quantization. Our observations provide the first experimental evidence for the existence of multi-charge flux quanta and emergent quantum matter exhibiting higher-charge superconductivity in the strongly fluctuating region above the charge-2e Cooper pair condensate, revealing new insights into the intertwined and vestigial electronic order in kagome superconductors.

研究の動機と目的

• 電子対形成の指標としてフラックス量子化を動機づけ、カゴメ超導体における多電荷状態を探る。
• メソスコピック環境でのリングデバイスにおける電荷-2eを超える高電荷超伝導性を実証する。
• CsV3Sb5 において h/4e および h/6e のフラックス量子が出現する条件を特定する。
• フラックス量子化振動の温度依存性とそれに関連する電子秩序を特徴づける。

提案手法

• CsV3Sb5 からメソスコピックリングデバイスを作製する。
• 磁気輸送測定を系統的に実施し、磁気抵抗振動を検出する。
• 振動周期を解析して h/2e、h/4e、h/6e に対応するフラックス量子を識別する。
• 異なる電荷量子の抑制と出現を観察するため温度依存性を研究する。
• 結果を多電荷フラックス量子化と高電荷超伝導性の証拠として解釈する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 カゴメ超導体はメソスコピックリングにおいて h/2e を越えるフラックス量子化を支持するか？
• RQ2 CsV3Sb5 のリングで h/4e および h/6e の振動はどの条件で現れるか？
• RQ3 温度は観測されたフラックス量子と関連する電子秩序にどのように影響するか？

主な発見

• 低温では、周期 h/2e の磁気抵抗振動が観測される。
• 温度が上がると h/2e 振動は抑制され、h/4e 振動が支配的になる。
• さらなる温度上昇に伴い、h/6e 周期性を持つ堅牢な振動が現れる。
• これらの結果は、カゴメ超導体における多電荷フラックス量子と高電荷超伝導性の初の実験的証拠を提供する。
• 本研究は CsV3Sb5 における絡み合う電子秩序と痕跡的秩序に関する洞察を明らかにする。