[論文レビュー] Competition between charge-density-wave and superconductivity in the kagome metal RbV3Sb5

N. N. Wang, Keyu Chen+17 more|arXiv (Cornell University)|Jul 1, 2021

Iron-based superconductors research参考文献 43被引用数 7

ひとこと要約

本研究は、水圧を用いて最大5 GPaまで圧力を印加した状態で、kagome金属RbV3Sb5における電荷密度波（CDW）秩序と超伝導性の相乗作用を、抵抗率および磁化率測定を用いて調査した。圧力-温度相図は複雑な構造を示し、二重の超伝導ドームとTcの四倍の増幅を確認した。これはCDW秩序と超伝導秩序の間で強い競合が生じていることを示している。

ABSTRACT

The interplay between charge-density-wave (CDW) order and superconductivity (SC) in the Kagome metal RbV3Sb5 is studied by tracking the evolutions of their transition temperatures, T* and Tc, as a function of pressure (P) via measurements of resistivity and magnetic susceptibility under various hydrostatic pressures up to ~ 5 GPa. It is found that the CDW order at T* experiences a subtle modification at Pc1 ~ 1.5 GPa before it is completely suppressed around Pc2 ~ 2.4 GPa. Accordingly, the superconducting transition Tc(P) exhibits a shallow M-shaped double superconducting dome with two extrema of Tconset ~ 4.4 K and 3.9 K around Pc1 and Pc2, respectively, leading to a fourfold enhancement of Tc with respect to that at ambient pressure. The constructed T-P phase diagram of RbV3Sb5 resembles that of CsV3Sb5, and shares similar features as many other unconventional superconducting systems with intertwined competing electronic orders. The strong competition between CDW and SC is also evidenced by the broad superconducting transition width in the coexistent region. Our results shed more light on the intriguing physics involving intertwined electronic orders in this novel topological kagome metal family.

研究の動機と目的

• kagome金属RbV3Sb5における電荷密度波（CDW）秩序と超伝導性（SC）の相乗作用を理解すること。
• 水圧下におけるCDW転移温度（T*）および超伝導転移温度（Tc）の変化をマップすること。
• この新規なトポロジカルkagome金属系における競合する電子秩序の性質を調査すること。
• 圧力誘起相転移とその超伝導特性への影響を特定すること。

提案手法

• 単結晶RbV3Sb5を用い、最大約5 GPaの水圧を印加した状態で抵抗率および磁化率測定を実施した。
• 化学ドーピングを用いずに、立方体アンビルプレスを用いて水圧を印加し、電子相を調整した。
• 温度依存の抵抗率および磁化率曲線を用いて、T*（CDW転移）およびTc（超伝導転移）の圧力依存性を追跡した。
• 抽出したT*(P)およびTc(P)依存性に基づき、T-P相図を構築した。
• 超伝導転移の幅を分析することで、電子秩序の共存および競合の度合いを評価した。
• 得られた相図をCsV3Sb5などの類縁系およびその他の非単純超伝導体の相図と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 水圧はRbV3Sb5における電荷密度波（CDW）転移温度T*にどのように影響を与えるか？
• RQ2 超伝導転移温度Tcの圧力依存性は何か？非単調な挙動を示すか？
• RQ3 圧力チューニングされた相図において、CDW秩序と超伝導秩序はどのように競合または共存するか？
• RQ4 RbV3Sb5で観測された二重の超伝導ドームの起源は何か？
• RQ5 共存領域における超伝導転移が広がっている程度は、強い電子秩序の競合を示唆しているか？

主な発見

• CDW秩序はPc2 ~ 2.4 GPaで抑制され、Pc1 ~ 1.5 GPaでもわずかな変化が観察された。
• 超伝導転移温度Tcは、Pc1およびPc2の近くにそれぞれ約4.4 Kおよび約3.9 Kの最大値を示す、浅いM字型の二重ドームを示した。
• Tcは常圧時と比較して4倍に増幅されており、強い圧力誘起超伝導ペアリングが生じていることを示している。
• CDWとSCの共存領域では、広がった超伝導転移が観察され、両秩序間の強い競合が示唆された。
• RbV3Sb5のT-P相図はCsV3Sb5のそれと類似しており、他の電子秩序が複雑に絡み合う非単純超伝導体系と共通の特徴を示している。
• 結果から、kagome金属における超伝導相を形作る上で、競合する電子不安定性の重要性が浮き彫りになった。