[論文レビュー] Phonon promoted charge density wave in topological kagome metal ScV$_{6}$Sn$_{6}$

Yong Hu, Junzhang Ma+22 more|arXiv (Cornell University)|Apr 13, 2023

Advanced Condensed Matter Physics参考文献 38被引用数 10

ひとこと要約

論文は格子（フォノン）自由度が ScV6Sn6 の電荷密度波を促進することを実証し、ARPES、ラマン、DFT によって支持され、CDW波vector近傍のトポロジー表面状態とネスティング特徴を明らかにする。

ABSTRACT

Charge density wave (CDW) orders in vanadium-based kagome metals have recently received tremendous attention due to their unique properties and intricate interplay with exotic correlated phenomena, topological and symmetry-breaking states. However, the origin of the CDW order remains a topic of debate. The discovery of ScV$_{6}$Sn$_{6}$, a vanadium-based bilayer kagome metal exhibiting an in-plane $\sqrt{3}$ x $\sqrt{3} $ $ extit{R}$30$°$ CDW order with time-reversal symmetry breaking, provides a novel platform to explore the underlying mechanism behind the unconventional CDW. Here, we combine high-resolution angle-resolved photoemission spectroscopy, Raman scattering measurements and density functional theory to investigate the electronic structures and phonon modes of ScV$_{6}$Sn$_{6}$ and their evolution with temperature. We identify topologically nontrivial Dirac surface states and multiple van Hove singularities (VHSs) in the vicinity of the Fermi level, with one VHS near the K point exhibiting nesting wave vectors in proximity to the $\sqrt{3}$ x $\sqrt{3}$ $ extit{R}$30$°$ CDW wave vector. Additionally, Raman measurements indicate a strong intrinsic electron-phonon coupling in ScV$_{6}$Sn$_{6}$, as evidenced by the presence of a two-phonon mode and a large frequency amplitude mode. Our findings highlight the fundamental role of lattice degrees of freedom in promoting the CDW in ScV$_{6}$Sn$_{6}$ and provide important insights into the fascinating correlation phenomena observed in kagome metals.

研究の動機と目的

• バナジウム系カゴメ金属におけるCDWの起源理解を促進する。
• ScV6Sn6 における格子振動が CDW 形成に与える影響を調査する。
• Dirac 表面状態やフェルミ準位近傍の van Hove 奇点など、CDW に関連する電子構造の特徴を特定する。
• in-plane √3 × √3 CDW秩序を促進する電子-格子結合の役割を探る。

提案手法

• 電子構造と温度発展をマッピングする高分解能角分解光電子分光（ARPES）。
• フォノンモードと電子-フォノン結合指標を測定するラマン散乱。
• 電子構造とフォノンモードを解析するための密度汎関数理論（DFT）計算。
• CDWのネスティングベクトル近傍での VHS とDirac状態の相関。
• 二フォノンモードや大振幅モードなど、フォノン関連の特徴の解析。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フェルミ準位近傍にある電子構造特徴（Dirac表面状態、VHS）は何か、そしてそれらはCDW波vectorとどう関連するか？
• RQ2 ScV6Sn6でCDWを促進する強い電子-フォノン結合と特定のフォノンモードの証拠はあるか？
• RQ3 このカゴメ金属において、フォノンは平面内の √3 × √3 CDW秩序の出現にどのように影響するか？
• RQ4 √3 × √3 R30° CDW波vectorに近いネスティングベクトルは電子的不安定性またはフォノン的不安定性と整列するか？
• RQ5 ScV6Sn6におけるトポロジーと対称性破れるCDW現象の相互作用における格子自由度の役割は？

主な発見

• フェルミ準位近傍に存在するトポロジー的に非自明な Dirac 表面状態と複数の van Hove 奇点。
• K点近くの1つの VHS が √3 × √3 R30° CDW波vector に近いネスティングベクトルを示す。
• ラマン測定は強い固有の電子-フォノン結合を示し、二フォノンモードと大振幅モードによって証拠付けられる。
• 格子自由度が ScV6Sn6 のCDWを促進する根本的な役割を果たす。
• トポロジー、カゴメ格子、CDW現象の相互作用に関する洞察を提供する。