[論文レビュー] Magnetic Breakdown and Topology in the Kagome Superconductor CsV3Sb5 under High Magnetic Field

Ramakanta Chapai, Maxime Leroux+8 more|arXiv (Cornell University)|Aug 10, 2022

Topological Materials and Phenomena被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、最大86 Tの高磁場量子揺動測定を用いて、kagome超伝導体CsV3Sb5における磁気的ブレイキング軌道を明らかにし、ARPESで以前に観測されていなかった大きな三角形のフェルミ面シートを有する折りたたまれたフェルミ面を構築した。ランダウ準位のファン図から抽出された非自明なバリー位相は、電子バンドのトポロジカル性を確認するものであり、CDW波数における顕著なネスティングは、電荷密度波の安定化に寄与するメカニズムを示唆する。

ABSTRACT

The recently discovered layered Kagome metals of composition AV3Sb5 (A = K, Rb, Cs) exhibit a complex interplay among superconductivity, charge density wave order, topologically non-trivial electronic band structure and geometrical frustration. Here, we probe the electronic band structure underlying these exotic correlated electronic states in CsV3Sb5 with quantum oscillation measurements in pulsed fields up to 86 T. The high-field data reveal a sequence of magnetic breakdown orbits that allows the construction of a model for the folded Fermi surface of CsV3Sb5. The dominant features are large triangular Fermi surface sheets that cover almost half of the folded Brillouin zone that have not yet been detected in angle resolved photoemission spectroscopy (ARPES). These sheets display pronounced nesting at the charge density wave (CDW) vectors, which may stabilize the CDW state. The Berry phases of the electron orbits have been deduced from Landau level fan diagrams near the quantum limit without the need for extrapolations, thereby unambiguously establishing the non-trivial topological character of several electron bands in this Kagome lattice superconductor.

研究の動機と目的

• 極限の磁場下におけるkagome超伝導体CsV3Sb5の電子バンド構造を解明すること。
• 折りたたまれたフェルミ面における磁気的ブレイキング軌道の特定と特性評価すること。
• 外挿を用いない量子揺動データを用いて、電子バンドのトポロジカル性を特定すること。
• フェルミ面のネスティングが電荷密度波（CDW）秩序の安定化に果たす役割を調査すること。

提案手法

• 量子極限に達するため、最大86 Tのパulsed磁場下で量子揺動測定を実施する。
• ランダウ準位のファン図を解析し、バリー位相を抽出し、トポロジカル性を確認する。
• 磁気的ブレイキング軌道をマッピングして、折りたたまれたフェルミ面の幾何学的形状を再構築する。
• kagome格子とCDW秩序の理論モデルと観測されたフェルミ面の特徴を比較する。
• バリー位相の決定において外挿を避けるために、高磁場データを用いることで、トポロジカルな同定を明確にする。
• フェルミ面のネスティングベクトルとCDW波数ベクトルを相関させ、安定化メカニズムを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高磁場下におけるCsV3Sb5のフェルミ面の詳細なトポロジは何か。ARPES観測とはどのように異なるか。
• RQ2 観測された量子揺動は、折りたたまれたブリユアンゾーンを再構築する磁気的ブレイキング軌道を示唆するか。
• RQ3 電子軌道のバリー位相は何か。これは電子バンドの非自明なトポロジカル性を確認するか。
• RQ4 CDW波数におけるフェルミ面のネスティングは、電荷密度波状態の安定化にどの程度寄与するか。
• RQ5 外挿を用いない高磁場量子揺動データから、バンドのトポロジカル性を明確に同定できるか。

主な発見

• ARPESで以前に検出されていなかった、折りたたまれたブリユアンゾーンのほぼ半分を占める大きな三角形のフェルミ面シートが同定された。
• 磁気的ブレイキング軌道が観測され、CsV3Sb5における折りたたまれたフェルミ面の再構築が可能になった。
• 量子極限に近いランダウ準位のファン図から、直接的に電子軌道のバリー位相が導出され、外挿を用いない非自明なトポロジカル性が確認された。
• 電荷密度波（CDW）波数における顕著なネスティングが観測され、CDW秩序の安定化に寄与する駆動メカニズムが示唆された。
• 86 Tまでの高磁場データを用いることで、トポロジカルバンドの明確な同定が可能となり、kagome格子における強い電子相関効果の証拠が得られた。
• 本研究の結果は、フェルミ面トポロジ、磁気的ブレイキング、およびAV3Sb5材料における相関電子状態の出現との直接的な関連を確立した。