[論文レビュー] Incommensurate charge-stripe correlations in the kagome superconductor CsV$_3$Sb$_{5-x}$Sn$_x$

Linus Kautzsch, Yuzki M. Oey+8 more|arXiv (Cornell University)|Jul 21, 2022

Advanced Condensed Matter Physics被引用数 2

ひとこと要約

本研究では、穴ドーピングされたkagome超伝導体CsV₃Sb₅₋ₓSnₓにおける電荷相関の進化を追跡し、母体の2×2×4電荷密度波（CDW）秩序の抑制が、非共鳴的で準一次元的（準1次元的）な電荷ストライプの出現を引き起こすことを明らかにした。これらの強固な非共鳴的相関は、長距離CDW秩序が消失しても依然として持続しており、相図全体にわたって本質的な2kf電荷不安定性と電子的ネミティック性が存在することを示唆している。

ABSTRACT

We track the evolution of charge correlations in the kagome superconductor CsV$_3$Sb$_5$ as its parent, long-ranged charge density order is destabilized. Upon hole-doping doping, interlayer charge correlations rapidly become short-ranged and their periodicity is reduced by half along the interlayer direction. Beyond the peak of the first superconducting dome, the parent charge density wave state vanishes and incommensurate, quasi-1D charge correlations are stabilized in its place. These competing, unidirectional charge correlations demonstrate an inherent electronic rotational symmetry breaking in CsV$_3$Sb$_5$, independent of the parent charge density wave state and reveal a complex landscape of charge correlations across the electronic phase diagram of this class of kagome superconductors. Our data suggest an inherent 2$k_f$ charge instability and the phenomenology of competing charge instabilities is reminiscent of what has been noted across several classes of unconventional superconductors.

研究の動機と目的

• CsV₃Sb₅における穴ドーピングによって母体の2×2×4電荷密度波（CDW）秩序が抑制される際の電荷相関の進化を調査すること。
• 長距離CDW秩序の抑制後にも、競合的または隠れた電荷不安定性が残存するかどうかを特定すること。
• 超伝導領域における出現する電荷相関の性質と対称性を同定すること。
• 電子的ネミティック性および競合する電荷不安定性が、AV₃Sb₅超伝導体族における役割を明確にすること。

提案手法

• 温度およびドーピングに応じた実空間電荷相関と超格子対称性の進化を調べるため、CHESS ID4Bビームラインにおける同期放射X線回折。
• 360°回転と0.1°の角度分解能を有する透過型単結晶X線散乱を用いて、逆空間内での強度分布をマッピング。
• 表面電荷秩序を画像化し、バルクX線結果と照合するための走査トンネル顕微鏡（STM）の利用。
• X線散乱およびSTMのdI/dVマップのフーリエ変換により、波数依存電荷相関および準粒子干渉パターンを抽出。
• SQUID磁化測定からの感受率データの解析により、異なるドーピング領域における超伝導転移およびCDW転移を特徴付ける。
• 2つのドーピングレベル（x = 0.025 および x = 0.15）におけるX線およびSTMデータの比較により、共鳴的から非共鳴的電荷秩序への進化を追跡。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CsV₃Sb₅における穴ドーピングによって母体の2×2×4 CDW秩序が抑制される際、層間電荷相関はどのように変化するか？
• RQ2 長距離2×2×4 CDW秩序が存在しない状態でどのような電荷秩序が出現し、その対称性および周期性は何か？
• RQ3 観察された非共鳴的準1次元的電荷相関は、フェルミ表面における2kf不安定性と関連しているか？
• RQ4 電子的ネミティック性はCDW転移を超えて持続するのか？また、競合する電荷不安定性とどのように関係しているか？
• RQ5 CsV₃Sb₅−xSnxにおける電荷相関は、特に過ドーピング領域において銅酸化物超伝導体とどのように比較できるか？

主な発見

• x = 0.025では、Sn置換により層間CDW相関が抑制され、短距離層間秩序を伴う超格子が2×2×4から2×2×2に縮小する。
• x = 0.15では、母体の2×2×4 CDW秩序が消失し、周期が約4a₀の非共鳴的で準1次元的電荷相関が出現する。
• X線散乱では、0.5QBragg位置にブラaggピークが観測されず、x = 0.15で長距離2×2 CDW秩序が存在しないことを確認した。
• x = 0.15におけるSTM測定により、2×2 CDW秩序が存在しない状態でも低温で準1次元的電荷ストライプが表面に持続していることが確認された。
• STMデータのフーリエ変換により、Sb pzバンドに関連する主要な散乱波数q1が特定され、その底エネルギーはx=0の-600 meVからx=0.15の約-500 meVにシフトしており、穴ドーピングと整合的である。
• データは、母体CDW状態に依存しない相図全体にわたる本質的な2kf電荷不安定性と電子的ネミティック性が存在することを示唆している。