[論文レビュー] Evidence of a hidden flux phase in the topological kagome metal CsV$_3$Sb$_5$

Yu Li, Chennan Wang+18 more|arXiv (Cornell University)|Jul 22, 2021

Topological Materials and Phenomena参考文献 50被引用数 90

ひとこと要約

本論文は CsV3Sb5 における時間反転対称性の破れをゼロ場 μSR によって検出し、2×2 CDW 相から現れ、SHG の対称性制約と整合する現在の秩序候補として interlayer coupled chiral flux phase を提案する。

ABSTRACT

Phase transitions governed by spontaneous time reversal symmetry breaking (TRSB) have long been sought in many quantum systems, including materials with anomalous Hall effect (AHE), cuprate high temperature superconductors, Iridates and so on. However, experimentally identifying such a phase transition is extremely challenging because the transition is hidden from many experimental probes. Here, using zero-field muon spin relaxation (ZF-$μ$SR) technique, we observe strong TRSB signals below 70 K in the newly discovered kagome superconductor CsV$_3$Sb$_5$. The TRSB state emerges from the 2 x 2 charge density wave (CDW) phase present below ~ 95 K. By carrying out optical second-harmonic generation (SHG) experiments, we also find that inversion symmetry is maintained in the temperature range of interest. Combining all the experimental results and symmetry constraints, we conclude that the interlayer coupled chiral flux phase (CFP) is the most promising candidate for the TRSB state among all theoretical proposals of orbital current orders. Thus, this prototypical kagome metal CsV3Sb5 can be a platform to establish a TRSB current-ordered state and explore its relationship with CDW, giant AHE, and superconductivity.

研究の動機と目的

• CsV3Sb5 および関連する kagome 金属における自発的な時間反転対称性の破れを探索する動機づけ。
• TRSB 相とそれの CDW および超伝導性との関係の特定。
• 複数の実験的手法を用いて TRSB 状態の対称性特性を特徴づける。
• 実験的制約と整合する具体的な電流秩序状態を提案する。

提案手法

• CsV3Sb5 における TRSB 信号を検出するためにゼロ場 μSR を実施し、発生温度を決定する（約 70 K）。
• 該当温度領域での反転対称性を検証するために光学的二次高調波発生（SHG）を用いる。
• 対称性の考察を適用して可能な TRSB 順序パラメータを制約する。
• 実験結果を理論的な軌道電流秩序の提案と比較し、CDW および AHE 表象と整合性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CsV3Sb5 はその CDW 相に関連した自発的な時間反転対称性の破れを示すか？
• RQ2 観測された μSR 信号と SHG の対称性制約と適合する TRSB 順序パラメータは何か？
• RQ3 層間結合カイラルフラックス相は CsV3Sb5 における TRSB 状態の実現として妥当か？
• RQ4 この材料における TRSB 状態は 2×2 CDW、AHE、超伝導性とどのように関連するか？

主な発見

• ZF-μSR により CsV3Sb5 で 70 K を下回る強い TRSB 信号が現れる。
• TRSB 状態は約 ~95 K 以下に存在する 2×2 CDW 相から出現する。
• SHG 実験は、研究対象の温度範囲で反転対称性が保持されていることを示している。
• 対称性分析は、軌道電流秩序の中で interlayer coupled chiral flux phase を最も有望な TRSB 候補として支持する。
• CsV3Sb5 は TRSB の電流秩序状態とそれと CDW、AHE、超伝導性との関係を研究するプラットフォームとして機能する。