[論文レビュー] Kagome superconductors from Pomeranchuk fluctuations in charge density wave metals

Yu‐Ping Lin, Rahul Nandkishore|arXiv (Cornell University)|Jul 19, 2021

Iron-based superconductors research参考文献 62被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、kagome金属AV₃Sb₅における超伝導が、電荷密度波（CDW）母状態におけるPomeranchuk揺らぎによって引き起こされることを提案し、CDW秩序（約100 K）と超伝導転移（約1 K）の間の大きなエネルギースケールの隔たりを説明する。Lifshitz転移および量子臨界点における2つの再構成されたVan Hove特異点の近くで、二重ドーム型超伝導を予測し、2つのドームでそれぞれdxy波型および(s+dx²−y²)波型の非対称スピンシングレット対称性を示す。

ABSTRACT

Motivated by the recent experiments on the kagome metals $A ext{V}_3 ext{Sb}_5$ with $A= ext{K}, ext{Rb}, ext{Cs}$, which see onset of charge density wave (CDW) order at $\sim$ $100$ K and superconductivity at $\sim$ $1$ K, we explore the onset of superconductivity, taking the perspective that it descends from a parent CDW state. In particular, we propose that the pairing comes from the Pomeranchuk fluctuations of the reconstructed Fermi surface in the CDW phase. This scenario naturally explains the large separation of energy scale from the parent CDW. Remarkably, the phase diagram hosts the double-dome superconductivity near two reconstructed Van Hove singularities. These singularities occur at the Lifshitz transition and the quantum critical point of the parent CDW. The first dome is occupied by the $d_{xy}$-wave nematic spin-singlet superconductivity. Meanwhile, the $(s+d_{x^2-y^2})$-wave nematic spin-singlet superconductivity develops in the second dome. Our work sheds light on an unconventional pairing mechanism with strong evidences in the kagome metals $A ext{V}_3 ext{Sb}_5$.

研究の動機と目的

• kagome金属AV₃Sb₅における非単純超伝導を説明すること。この系は、電荷密度波（CDW）秩序（約100 K）と超伝導転移（約1 K）の間に大きなエネルギースケールの隔たりを示す。
• CDW母状態から超伝導がどのように生じるか、特に大きなエネルギースケールの隔たりがあるにもかかわらず。
• AV₃Sb₅における観測された二重ドーム型超伝導相図を説明するペアリングメカニズムを同定すること。

提案手法

• CDW相をPomeranchuk揺らぎが主要なペアリンググルーである再構成されたフェルミ表面としてモデル化する。
• フェルミ表面再構成の下でPomeranchuk揺らぎが生成する有効ペアリング相互作用を分析する。
• 揺らぎに起因する相互作用を用いてEliashberg方程式を解き、超伝導ペアリング対称性を計算する。
• Lifshitz転移およびCDW秩序の量子臨界点における形成されたVan Hove特異点の役割を特定する。
• 2つの異なるペアリング対称性を示す2つの明確に分離された超伝導ドームを特定するための相図マッピングを行う。
• 対称性解析を用いてペアリング状態を非対称スピンシングレットとして分類し、dxyおよび(s+dx²−y²)成分を特定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CDW秩序が約100 Kに存在するにもかかわらず、kagome金属AV₃Sb₅で超伝導がどのように約1 Kという非常に低い温度で生じるのか。
• RQ2 大きなエネルギースケールの隔たりがあるにもかかわらず、CDW状態でペアリングを媒介するメカニズムは何か。
• RQ3 なぜ超伝導相図が再構成されたVan Hove特異点の近くで2つの明確なドームを示すのか。
• RQ4 それぞれの超伝導ドームにおけるペアリング対称性の性質は何か。
• RQ5 CDW状態におけるPomeranchuk揺らぎがどのように非対称スピンシングレットペアリングを生じさせるのか。

主な発見

• AV₃Sb₅における超伝導は、CDW状態におけるPomeranchuk揺らぎによって駆動されており、このメカニズムは自然に大きなエネルギースケールの隔たりを説明する。
• 二重ドーム型超伝導相図は、CDW秩序のLifshitz転移および量子臨界点における2つの再構成されたVan Hove特異点の近くに現れる。
• 最初の超伝導ドームでは、Lifshitz転移に近い揺らぎによって安定化されたdxy波型非対称スピンシングレットペアリングが支配的である。
• 2番目のドームでは、CDW秩序の量子臨界点に近い場所で(s+dx²−y²)波型非対称スピンシングレットペアリングが出現する。
• ペアリングメカニズムは非単純であり、フォノンや磁気揺らぎではなく、フェルミ表面の揺らぎによって媒介される。
• 本モデルは、kagome金属におけるCDW秩序、非対称性、非単純超伝導の共存を統一的に説明する。