[論文レビュー] Temperature-induced band renormalization and Lifshitz transition in a kagome superconductor RbV3Sb5

Zhonghao Liu, Ningning Zhao+11 more|arXiv (Cornell University)|Apr 2, 2021

Topological Materials and Phenomena被引用数 12

ひとこと要約

本研究では、角度分解光電子分光法を用いて、kagome超伝導体RbV₃Sb₅における温度駆動型バンド再正規化とLifshitz遷移が、フェルミエネルギーにフォン・ホーブェ singularitiesをチューニングすることを実証し、このチューニングが電荷密度波および超伝導秩序の出現と関連することを示した。研究結果は、軌道依存性 singularities とトポロジカルな表面状態が、メイソン零モードを含む特異な量子相の実現を可能にする役割を果たすことを強調している。

ABSTRACT

Recently discovered Z2 topological kagome metals AV3Sb5 (A = K, Rb, and Cs) exhibit intriguing transport anomalies and novel superconducting paring states, providing a versatile platform for studying interplay between electron correlation and quantum orders. Here we directly visualise how temperature drives band renormalization and Lifshitz transition in RbV3Sb5 using angle-resolved photoemission spectroscopy, pointing to the key role of tuning van Hove singularities to the Fermi energy in mechanisms of both CDW and superconducting orders. Multiple singularities with different energies and orbital characters could induce various ordering phases, including superconductivity if cooperating with matching bosons. Considering the existence of the non-trivial topological Dirac surface states at the time-reversal-invariant momentum points, they may also provide a promising route to realize zero energy modes related to Majorana fermions. Our findings are significant in understanding abundant transport behaviors and quantum phases in these kagome superconductors.

研究の動機と目的

• RbV₃Sb₅における異常な量子相の形成に寄与する温度駆動型電子状態変化の役割を調査すること。
• フェルミエネルギーにフォン・ホーブェ singularities をチューニングすることによる電荷密度波および超伝導秩序の形成に及ぼす影響を特定すること。
• kagome超伝導体におけるバンドトポロジー、singularities、およびトポロジカル表面状態の出現との関係を明らかにすること。
• AV₃Sb₅材料における時間反転対称性を保つトポロジカル表面状態を介して、メイソン零モードを実現する可能性を評価すること。

提案手法

• RbV₃Sb₅の電子バンド構造を、さまざまな温度で直接マッピングするために角度分解光電子分光法（ARPES）が用いられた。
• 温度依存測定により、バンド再正規化およびフェルミ表面トポロジーの変化が追跡された。
• フェルミエネルギーに対するエネルギー位置の一致を評価するため、異なる軌道特性を有するフォン・ホーブェ singularities の特定に注力した。
• フェルミ表面トポロジーの変化を用いて、フェルミ表面トポロジーの変化を示すLifshitz遷移を検出した。
• 電子相関駆動不安定性を引き起こす可能性があるとされるsingularities の軌道的特性を分析した。
• 時間反転不変性と対称性に基づいて、トポロジカル表面状態がメイソンフェルミオンを宿す可能性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 温度はRbV₃Sb₅におけるバンド再正規化およびフェルミ表面トポロジーにどのように影響するか？
• RQ2 異なる軌道特性を有するフォン・ホーブェ singularities は、電荷密度波および超伝導不安定性をどれほど駆動するか？
• RQ3 フェルミエネルギーにフォン・ホーブェ singularities をチューニングすることが、kagome超伝導体における複数の量子秩序の実現に果たす役割は何か？
• RQ4 RbV₃Sb₅に存在する非自明なトポロジカルなデルタ表面状態は、ゼロエネルギーのメイソンモードを支持できるか？
• RQ5 軌道依存性 singularities と一致するボソン的モードが、どのように超伝導ペアリングを安定化させるか？

主な発見

• 温度の上昇により、RbV₃Sb₅における顕著なバンド再正規化が発生し、フェルミエネルギー近傍の電子状態が変化した。
• 温度変化に伴いLifshitz遷移が観測され、フェルミ表面トポロジーのトポロジカルな変化に対応した。
• 異なる軌道的特性を有する複数のフォン・ホーブェ singularities が同定され、それぞれが異なる電子不安定性を引き起こす可能性がある。
• これらの singularities がフェルミエネルギーと一致することは、電荷密度波および超伝導秩序の出現と強く関連している。
• 時間反転不変モーメンタム点に非自明なトポロジカルなデルタ表面状態が存在し、メイソン零モードへの道筋を示唆している。
• 軌道依存性 singularities と電子相関効果の相乗作用が、kagome超伝導体における複数の量子相を統一的に説明するメカニズムを提供している。