[論文レビュー] Small Fermi pockets intertwined with charge stripes and pair density wave order in a kagome superconductor

Hong Li, Dongjin Oh+14 more|arXiv (Cornell University)|Mar 13, 2023

Topological Materials and Phenomena参考文献 44被引用数 9

ひとこと要約

研究はスペクトロスコピーイメージングSTMとARPESを用いて、小さな再構成されたフェルミポケットがCsV3Sb5に関連する3D電荷密度波と後に1D電荷秩序に結びつくこと、そして超伝導状態で同じq*ベクトルでコペンパー密度波がモジュレーションされることを示す。

ABSTRACT

The kagome superconductor family AV3Sb5 (A=Cs, K, Rb) emerged as an exciting platform to study exotic Fermi surface instabilities. Here we use spectroscopic-imaging scanning tunneling microscopy (SI-STM) and angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES) to reveal how the surprising cascade of higher and lower-dimensional density waves in CsV3Sb5 is intimately tied to a set of small reconstructed Fermi pockets. ARPES measurements visualize the formation of these pockets generated by a 3D charge density wave transition. The pockets are connected by dispersive q* wave vectors observed in Fourier transforms of STM differential conductance maps. As the additional 1D charge order emerges at a lower temperature, q* wave vectors become substantially renormalized, signaling further reconstruction of the Fermi pockets. Remarkably, in the superconducting state, the superconducting gap modulations give rise to an in-plane Cooper pair-density-wave at the same q* wave vectors. Our work demonstrates the intrinsic origin of the charge-stripes and the pair-density-wave in CsV3Sb5 and their relationship to the Fermi pockets. These experiments uncover a unique scenario of how Fermi pockets generated by a parent charge density wave state can provide a favorable platform for the emergence of additional density waves.

研究の動機と目的

• CsV3Sb5における密度波不安定性がフェルミ面トポロジーとどう関係するかを調査する。
• 電荷秩序の転移に関連する小さな再構成されたフェルミポケットの出現を特定する。
• 超伝導が密度波秩序と相互作用してペア密度波状態を生み出す様子を明らかにする。
• 3D電荷密度波、1D電荷秩序、およびフェリミーポケット形成の関係を理解する。

提案手法

• スペクトロスコピーイメージング走査トンネル顕微鏡法（SI-STM）を適用して差分コンダクタンスをマッピングし、q*波ベクトルを抽出する。
• 角分解光電子分光（ARPES）を用いて小さな再構成フェルミポケットの形成を可視化する。
• STMマップのフーリエ変換を解析してポケット特徴と分散するq*ベクトルを結びつける。
• 3D CDW、1D電荷秩序、および超伝導状態の温度発展を追跡する。
• 超伝導ギャップのモジュレーションを特定し、それをq*での対密度波と関連付ける。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CsV3Sb5における電荷密度波はフェルミ面をどのように再構成するのか。
• RQ2 観測された小さなフェルミポケットとSTM/ARPESデータのq*波ベクトルとの関係はどうか。
• RQ3 低温の1D電荷秩序の導入はフェルミポケットとq*の再正規化にどう影響するか。
• RQ4 超伝導は同じq*波ベクトルで対密度波秩序を誘導するのか。
• RQ5 CsV3Sb5における電荷ストライプと対密度波の本質的な起源は何か。

主な発見

• 3D電荷密度波転移によって小さな再構成フェルミポケットが形成される。
• ポケットはフーリエ変換されたSTMマップに現れる分散するq*波ベクトルで結ばれている。
• 低温の1D電荷秩序はq*波ベクトルを再正規化し、ポケットをさらに再構成する。
• 超伝導状態のギャップモジュレーションは同じq*ベクトルで平面内のコペンパー対密度波を生じさせる。
• 結果はCsV3Sb5における電荷ストライプと対密度波の起源をフェルミポケットのトポロジーと結びつける。