[論文レビュー] Nematic electronic state and twofold symmetry of superconductivity in the topological kagome metal CsV$_3$Sb$_5$

Ying Xiang, Qing Li+6 more|arXiv (Cornell University)|Apr 14, 2021

Topological Materials and Phenomena被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、面内磁場を回転させたc軸抵抗測定を通じて、カゴメ金属CsV₃Sb₅においてネマチック電子状態と二重対称性の超伝導性が明らかにされた。垂直なネマチック秩序と超伝導秩序の対称性が特定され、トポロジカル性を示す相関電子系におけるそれらの相関関係が強調された。

ABSTRACT

In transition metal compounds, due to the interactions among the charge, spin, lattice and orbital freedoms, many intertwined orders exist with close energies. One of the commonly observed states is the so-called nematic electron state, which breaks the in-plane rotational symmetry. This nematic state appears in cuprates, iron based superconductor, ultra-clean quantum Hall systems, and Sr$_3$Ru$_2$O$_7$, etc. Nematicity may coexist, affect, cooperate or compete with other orders. Here we show the anisotropic in-plane electronic state and superconductivity in a recently discovered kagome metal CsV$_3$Sb$_5$ by measuring $c$-axis resistivity with the in-plane rotation of magnetic field. We observe a twofold symmetry of superconductivity in the superconducting state and a unique in-plane nematic electronic state above $T_c$. Interestingly these two orders are orthogonal to each other in terms of the field direction of the minimum resistivity. Our results shed new light in understanding non-trivial physical properties of CsV$_3$Sb$_5$.

研究の動機と目的

• カゴメ金属CsV₃Sb₅における電子的異方性および超伝導対称性を調査すること。
• ネマチック秩序と超伝導性が共存しているかどうか、およびそれらが互いに相対的にどのように整列しているかを特定すること。
• トポロジカルバンド構造を示す系における電子的ネマチック性と超伝導性の相関関係を調査すること。
• 相関電子系としてのカゴメ材料における面内回転対称性の破れの役割を明らかにすること。

提案手法

• 磁場の面内回転を伴うc軸抵抗測定により、異方的電子応答を調べること。
• 抵抗率の最小値の角度依存性を分析し、超伝導状態の対称性を特定すること。
• 超伝導転移温度Tcより上でのネマチック電子状態の同定。
• 常時状態と超伝導状態における抵抗率最小値を示す磁場方向を比較し、対称性の整列状態を特定すること。
• 角度依存性を用いて、ネマチック秩序パラメータと超伝導秩序パラメータを区別すること。
• 運動量空間におけるネマチック秩序と超伝導秩序の直交関係に注目すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CsV₃Sb₅におけるネマチック電子状態は面内回転対称性を破るか。その対称性は何か？
• RQ2 CsV₃Sb₅における超伝導状態の対称性は何か。また、ネマチック状態とどのように関係しているか？
• RQ3 ネマチック秩序と超伝導秩序は、抵抗率最小値の磁場方向の観点から整列しているか、あるいは直交しているか？
• RQ4 Tcより上のネマチック状態が、Tcより下の超伝導状態にどのように影響を与えたり相関しているか？
• RQ5 ネマチック性と超伝導性の対称性が直交していることは、カゴメ金属における電子的相互作用の本質に何を示唆するか？

主な発見

• CsV₃Sb₅では、超伝導転移温度Tcより上でも顕著な面内ネマチック電子状態が観測された。
• c軸抵抗の角度依存性から、超伝導状態が二重対称性を示すことが明らかになった。
• 抵抗率最小値を示す磁場方向の観点から、ネマチック状態と超伝導状態は直交している。
• ネマチック状態はTcより上でも維持され、超伝導性と共存しており、これにより相互に絡んだ秩序パラメータの存在が示唆された。
• ネマチック性と超伝導性の対称性が直交していることは、競合的または協同的な電子的不安定性の複雑な相関関係を示している。
• これらの発見は、トポロジカルなカゴメ金属における非自明な電子相関の理解に新たな知見を提供した。