[논문 리뷰] Charge-4e and charge-6e flux quantization and higher charge superconductivity in kagome superconductor ring devices

Jun Ge, Pinyuan Wang외 7명|arXiv (Cornell University)|2022. 01. 25.

Physics of Superconductivity and Magnetism참고 문헌 35인용 수 22

한 줄 요약

논문은 CsV3Sb5 카고메 초전도체 링에서 다중 전하 플럭스 양자화(h/2e, h/4e, h/6e)에 대한 자기-수송 증거를 보고하며, 더 높은 전하 초전도성을 시사한다.

ABSTRACT

The flux quantization is a key indication of electron pairing in superconductors. For example, the well-known h/2e flux quantization is considered strong evidence for the existence of the charge-2e, two-electron Cooper pairs. Here we report evidence for multi-charge flux quantization in mesoscopic ring devices fabricated using the transition-metal kagome superconductor CsV3Sb5. We perform systematic magneto-transport measurements and observe unprecedented quantization of magnetic flux in units of h/4e and h/6e in magnetoresistance oscillations. Specifically, at low temperatures, magnetoresistance oscillations with period h/2e are detected, as expected from the flux quantization for charge-2e superconductivity. We find that the h/2e oscillations are suppressed and replaced by resistance oscillations with h/4e periodicity when temperature is increased. Increasing the temperature further suppresses the h/4e oscillations and robust resistance oscillations with h/6e periodicity emerge as evidence for charge-6e flux quantization. Our observations provide the first experimental evidence for the existence of multi-charge flux quanta and emergent quantum matter exhibiting higher-charge superconductivity in the strongly fluctuating region above the charge-2e Cooper pair condensate, revealing new insights into the intertwined and vestigial electronic order in kagome superconductors.

연구 동기 및 목표

• 전자 페어링의 시그니처로서 플럭스 양자화를 동기화하고 카고메 초전도체에서 다중 전하 상태를 탐구한다.
• 중-소형 링 소자에서 차2e를 넘는 고전하 초전도성을 입증한다.
• CsV3Sb5에서 h/4e 및 h/6e 플럭스 양자들이 나타나는 조건을 식별한다.
• 플럭스 양자화된 진동의 온도 의존성과 관련 전자 질서를 특징지어진다.

제안 방법

• 카고메 초전도체 CsV3Sb5로부터 중-소형 링 소자를 제조한다.
• 자기-수송 측정을 체계적으로 수행하여 자장-저항 진동을 감지한다.
• 진동 주기를 분석하여 h/2e, h/4e, h/6e에 해당하는 플럭스 양자를 식별한다.
• 온도 의존성을 연구하여 서로 다른 전하 양자의 억제 및 등장 여부를 관찰한다.
• 결과를 다중 전하 플럭스 양자화 및 고전하 초전도성의 증거로 해석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 카고메 초전도체는 중소 링에서 h/2e를 넘어서는 플럭스 양자화를 지원하는가?
• RQ2 CsV3Sb5 링에서 h/4e 및 h/6e 진동은 어떤 조건에서 나타나는가?
• RQ3 온도가 관찰된 플럭스 양자 및 관련 전자 질서에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 저온에서 h/2e 주기의 자장-저항 진동이 관찰된다.
• 온도가 상승함에 따라 h/2e 진동은 억제되고 h/4e 진동이 지배적이 된다.
• 더 높은 온도 상승으로 h/6e 주기의 견고한 진동이 나타난다.
• 이 결과는 카고메 초전도체에서 다중 전하 플럭스 양자와 고전하 초전도성에 대한 최초의 실험적 증거를 제공한다.
• 이 연구는 CsV3Sb5에서 얽히고 잔존하는 전자 질서에 대한 통찰을 밝힌다.