[論文レビュー] Tunable chiral charge order in kagome superconductor RbV3Sb5

Nana Shumiya, Shafayat Hossain+18 more|arXiv (Cornell University)|May 2, 2021

Topological Materials and Phenomena被引用数 3

ひとこと要約

本研究では走査トンネル顕微鏡を用いて、kagome超伝導体RbV3Sb5におけるチューナブルなキラル電荷秩序を明らかにした。磁場によるチューニングが可能で、キラル性を示すとともに、1×4のネミックな表面スーパーラティスと共存している。KV3Sb5と類似したキラル電荷秩序であるが、ネミックな表面調制のおかげで特徴が異なる。これは、量子異常ホール効果や関連電子系における軌道電流に関連する普遍的なメカニズムを示唆している。

ABSTRACT

Superconductors with kagome lattices have been identified for over 40 years, with a superconducting transition temperature TC up to 7K. Recently, certain kagome superconductors have been found to exhibit an exotic charge order, which intertwines with superconductivity and persists to a temperature being one order of magnitude higher than TC. In this work, we use scanning tunneling microscopy (STM) to study the charge order in kagome superconductor RbV3Sb5. We observe both a 2x2 chiral charge order and a nematic 1x4 surface superlattice. We find that the 2x2 charge order exhibits intrinsic chirality with magnetic field tunability. Defects can scatter electrons to introduce standing waves, which couple with the charge order to cause extrinsic effects. While the chiral charge order resembles that discovered in KV3Sb5, it further interacts with the nematic surface superlattice that is absent in KV3Sb5 but exists in CsV3Sb5. Finally, we discuss the broad relevance of this ubiquitous chiral charge order to the Haldane model for quantum anomalous Hall effect and orbital currents proposed for cuprate superconductors.

研究の動機と目的

• kagome超伝導体RbV3Sb5における電荷秩序の性質、特にそのキラル性とチューニング可能性を調査すること。
• この系における電荷秩序が電子構造および不純物とどのように相互作用するかを理解すること。
• KV3Sb5やCsV3Sb5などの類縁kagome超伝導体における電荷秩序と比較すること。
• キラル電荷秩序がトポロジカル量子現象および軌道電流に与える影響を検討すること。

提案手法

• 原子スケールで電子構造および電荷秩序を画像化する低温走査トンネル顕微鏡（STM）を用いる。
• 局所状態密度の空間的調制を測定し、2×2キラル電荷秩序および1×4ネミックなスーパーラティスを特定する。
• 外部磁場を印加してキラル電荷秩序をチューニングし、その磁場依存性を評価する。
• 不純物によって誘起されるスターリング波のパターンを分析し、内在的電荷秩序と外部的散乱効果を区別する。
• キラル電荷秩序および軌道電流の理論モデルと観測された電荷秩序パターンを比較する。
• 対称性解析を用いて、2×2電荷秩序のキラル性およびネミックな表面スーパーラティスとの結合を確認する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 RbV3Sb5における2×2電荷秩序は内在的キラル性を示し、外部磁場によってチューニング可能であるか？
• RQ2 RbV3Sb5におけるネミックな1×4表面スーパーラティスは、キラル電荷秩序にどのように影響を与えたり、相互作用しているか？
• RQ3 RbV3Sb5におけるキラル電荷秩序の起源は何か？また、KV3Sb5およびCsV3Sb5におけるものとどのように比較できるか？
• RQ4 不純物が引き起こす外部的効果が、内在的電荷秩序とどの程度結合しているか？
• RQ5 このキラル電荷秩序は、関連超伝導体におけるHaldaneモデルおよび軌道電流メカニズムにどのような意味を持つのか？

主な発見

• RbV3Sb5における2×2キラル電荷秩序は、外部磁場によるチューニングが可能な内在的キラル性を示している。
• ネミックな1×4表面スーパーラティスがキラル電荷秩序と共存しており、これはKV3Sb5には見られないがCsV3Sb5には存在する特徴である。
• 不純物に起因するスターリング波が電荷秩序と結合し、外部的電子的調制を引き起こしている。
• ネミックな表面スーパーラティスの存在により、RbV3Sb5におけるキラル電荷秩序は、KV3Sb5におけるものと構造的・電子的に明確に異なる。
• 観測されたキラル電荷秩序は、Haldaneモデルを実現するためのプラットフォームを提供し、kagome超伝導体における軌道電流シナリオを支持する。
• キラル電荷秩序とネミック性の共存は、kagome超伝導体における電子秩序を統一的に理解するメカニズムを示唆している。