[논문 리뷰] Competition between charge-density-wave and superconductivity in the kagome metal RbV3Sb5

N. N. Wang, Keyu Chen외 17명|arXiv (Cornell University)|2021. 07. 01.

Iron-based superconductors research참고 문헌 43인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 수압을 가한 상태에서 키갈로메 금속 RbV3Sb5의 전하 밀도 파동(CDW) 질서와 초전도성의 상호작용을 5 GPa까지의 전기저항 및 자화율 측정을 통해 조사한다. 이는 복합적인 T-P 상도를 드러내며, 이중 초전도 도메인과 Tc의 4배 증가를 보이며, CDW와 초전도 질서 간의 강한 경쟁을 시사한다.

ABSTRACT

The interplay between charge-density-wave (CDW) order and superconductivity (SC) in the Kagome metal RbV3Sb5 is studied by tracking the evolutions of their transition temperatures, T* and Tc, as a function of pressure (P) via measurements of resistivity and magnetic susceptibility under various hydrostatic pressures up to ~ 5 GPa. It is found that the CDW order at T* experiences a subtle modification at Pc1 ~ 1.5 GPa before it is completely suppressed around Pc2 ~ 2.4 GPa. Accordingly, the superconducting transition Tc(P) exhibits a shallow M-shaped double superconducting dome with two extrema of Tconset ~ 4.4 K and 3.9 K around Pc1 and Pc2, respectively, leading to a fourfold enhancement of Tc with respect to that at ambient pressure. The constructed T-P phase diagram of RbV3Sb5 resembles that of CsV3Sb5, and shares similar features as many other unconventional superconducting systems with intertwined competing electronic orders. The strong competition between CDW and SC is also evidenced by the broad superconducting transition width in the coexistent region. Our results shed more light on the intriguing physics involving intertwined electronic orders in this novel topological kagome metal family.

연구 동기 및 목표

• 키갈로메 금속 RbV3Sb5에서 전하 밀도 파동(CDW) 질서와 초전도성(SC) 간의 상호작용을 이해하기 위해.
• 수압 조건에서 CDW 전이 온도(T*)와 초전도 전이 온도(Tc)의 변화를 맵핑하기 위해.
• 이 새로운 토폴로지적 키갈로메 금속 시스템에서 경쟁하는 전자 질서의 성격을 조사하기 위해.
• 압력에 의해 유도된 상 전이와 그 초전도 성질에 미치는 영향을 규명하기 위해.

제안 방법

• 단결정 RbV3Sb5에 대해 수압을 가한 상태에서 전기저항 및 자화율 측정을 수행하여 최대 약 5 GPa까지의 전자상태를 조사하였다.
• 화학 도핑 없이 전자상태를 조절하기 위해 입방 앤빌 프레스를 사용하여 수압을 가하였다.
• 온도 의존적 전기저항 및 자화율 곡선을 통해 T*(CDW 전이)와 Tc(초전도 전이)의 압력 변화를 추적하였다.
• 추출된 T*(P) 및 Tc(P) 의존성 기반으로 T-P 상도를 구축하였다.
• 전자 질서 공존 및 경쟁 정도를 평가하기 위해 초전도 전이의 폭을 분석하였다.
• 관측된 상도를 CsV3Sb5 및 기타 비국소 초전도체 시스템의 상도와 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 수압은 RbV3Sb5의 전하 밀도 파동(CDW) 전이 온도 T*에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 초전도 전이 온도 Tc의 압력 의존성은 어떻게 되며, 비단조화적인 행동을 보이는가?
• RQ3 압력 조절 상도에서 CDW와 초전도 질서는 어떻게 경쟁하거나 공존하는가?
• RQ4 RbV3Sb5에서 관측된 이중 초전도 도메인의 기원은 무엇인가?
• RQ5 공존 영역에서 초전도 전이가 넓게 퍼져 있는 정도는 전자 질서의 강한 경쟁을 어떻게 시사하는가?

주요 결과

• CDW 질서는 Pc2 ~ 2.4 GPa에서 억제되며, Pc1 ~ 1.5 GPa에서 미세한 변화가 관측된다.
• 초전도 전이 온도 Tc는 압력에 따라 얕은 M자형의 이중 도메인을 보이며, 각각 Pc1 및 Pc2 근처에서 최대값 ~4.4 K 및 ~3.9 K를 기록한다.
• Tc는 대기압 상태 대비 4배 향상되어 압력에 의해 유도된 강한 초전도 쌍성의 존재를 시사한다.
• CDW와 SC의 공존 영역에서 초전도 전이가 넓게 퍼져 있어 두 질서 간의 강한 경쟁을 나타낸다.
• RbV3Sb5의 T-P 상도는 CsV3Sb5와 유사하며, 서로 엮인 전자 질서를 가진 다른 비국소 초전도체 시스템과 공통된 특성을 공유한다.
• 결과는 키갈로메 금속에서 초전도 상을 형성하는 데 있어 경쟁하는 전자 불안정성의 중요성을 강조한다.