[論文レビュー] Distinctive momentum dependent charge-density-wave gap observed in CsV$_3$Sb$_5$ superconductor with topological Kagome lattice

Zhengguo Wang, Sheng Ma+15 more|arXiv (Cornell University)|Apr 12, 2021

Topological Materials and Phenomena参考文献 20被引用数 52

ひとこと要約

本論文は CsV3Sb5 に対する高分解能 ARPES を用い、強く運動量依存する CDW ギャップを明らかにし、M 点近傍で開く一方、Γ 点近傍の状態は大部分がギャップを欠いたままであることを示唆しており、トポロジカル・カゴメ格子上でネスティング駆動型機構が存在する可能性を示唆している。

ABSTRACT

CsV$_3$Sb$_5$ is a newly discovered Kagome superconductor that attracts great interest due to its topological nontrivial band structure and the coexistence of superconductivity and charge-density-wave (CDW) with many exotic properties. Here, we report the detailed characterization of the CDW gap in high-quality CsV$_3$Sb$_5$ single crystals using high-resolution angle-resolved photoemission spectroscopy. We find that the CDW gap is strongly momentum dependent. While gapped around the $M$ point, the electronic states remain gapless around the $Γ$ point and along the $Γ$-$K$ direction. Such momentum dependence indicates that the CDW is driven by the scattering of electrons between neighboring $M$ points, where the band structure hosts multiple saddle points and the density of state diverges near the Fermi level. Our observations of the partially gapped Fermi surface and strongly momentum-dependent CDW gap not only provide a foundation for uncovering the mechanism of CDW in CsV$_3$Sb$_5$, but also shed light on the understanding of how the CDW coexists with superconductivity in this topological Kagome superconductor.

研究の動機と目的

• CsV3Sb5単結晶におけるCDWギャップ構造を特徴づける。
• CDWギャップが開く、または欠如したままの運動量領域を特定する。
• 運動量依存のギャップ分布からCDW機構を推定する。
• トポロジカル・カゴメ格子上でのCDWと超伝導の共存への示唆を理解する。

提案手法

• CsV3Sb5単結晶に対する高分解能角分解光電子分光法（ARPES）。
• 布里渓格子全体で電子構造とCDWギャップをマッピングする。
• CDWギャップが開く運動量点とギャップレスの領域を同定する。
• 隣接するM点間の散乱と状態密度（DOS）を考慮した運動量依存性を解釈する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CsV3Sb5 でCDWギャップがどこで開くのか、運動量に応じてどのように変化するのか。
• RQ2 フェルミ面のどの領域がギャップレスのままか、そしてそれがCDW機構に何を示唆するか。
• RQ3 運動量依存性は、トポロジカル・カゴメ格子におけるCDWを駆動する相互作用過程について何を明らかにするか。
• RQ4 観察されたギャップ構造がCDWと超伝導の共存にどのように情報を与えるか。

主な発見

• CDWギャップは運動量依存性が著しく強い。
• CDWギャップはM点付近に存在するが、Γ点付近およびΓ–Kに沿っては状態がギャップレスのままである。
• 運動量依存性は、Fermiレベル近傍のDOS発散を伴う隣接するM点間の散乱によってCDWが駆動されることを示唆する。
• CsV3Sb5では部分的にギャップのあるフェルミ面が観察される。
• 結果はトポロジカル・カゴメ格子上のCDW機構と超伝導との共存への洞察を提供する。