[논문 리뷰] Distinctive momentum dependent charge-density-wave gap observed in CsV$_3$Sb$_5$ superconductor with topological Kagome lattice

Zhengguo Wang, Sheng Ma외 15명|arXiv (Cornell University)|2021. 04. 12.

Topological Materials and Phenomena참고 문헌 20인용 수 52

한 줄 요약

이 논문은 CsV3Sb5에서 고해상도 ARPES를 활용해 강하게 모멘텀 의존적인 CDW 갭을 드러내며, M 포인트 근처에서 갭이 형성되는 반면 Gamma 근처의 상태는 대체로 갭이 없는 상태를 남겨 두어, 위상학적 Kagome 격자에서 네스팅 driven 기전을 시사한다.

ABSTRACT

CsV$_3$Sb$_5$ is a newly discovered Kagome superconductor that attracts great interest due to its topological nontrivial band structure and the coexistence of superconductivity and charge-density-wave (CDW) with many exotic properties. Here, we report the detailed characterization of the CDW gap in high-quality CsV$_3$Sb$_5$ single crystals using high-resolution angle-resolved photoemission spectroscopy. We find that the CDW gap is strongly momentum dependent. While gapped around the $M$ point, the electronic states remain gapless around the $Γ$ point and along the $Γ$-$K$ direction. Such momentum dependence indicates that the CDW is driven by the scattering of electrons between neighboring $M$ points, where the band structure hosts multiple saddle points and the density of state diverges near the Fermi level. Our observations of the partially gapped Fermi surface and strongly momentum-dependent CDW gap not only provide a foundation for uncovering the mechanism of CDW in CsV$_3$Sb$_5$, but also shed light on the understanding of how the CDW coexists with superconductivity in this topological Kagome superconductor.

연구 동기 및 목표

• CsV3Sb5 단결정에서 CDW 갭 구조를 특징화한다.
• CDW 갭이 열리는 모멘텀 영역과 남아 있는 영역을 결정한다.
• 모멘텀 의존적 갭 분포로부터 CDW 기전을 추론한다.
• 토폴로지적 Kagome 격자에서 CDW와 초전도성 공존에 대한 시사점을 이해한다.

제안 방법

• CsV3Sb5 단결정에 대한 고해상도 각도분해광전자방출분광법(ARPES).
• 브릴루인 존 전체에서 전자 구조와 CDW 갭을 매핑한다.
• CDW 갭이 열리는 모멘텀 점과 갭이 없는 영역을 식별한다.
• 근접한 M 점 간 산란과 DOS(Density of States) 고려에 따른 모멘텀 의존성을 해석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 CsV3Sb5에서 CDW 갭이 어디에서 열리며 모멘텀에 따라 어떻게 달라지는가?
• RQ2 페르미 표면의 어떤 영역이 갭 없이 남아 있으며, CDW 기전에 대해 그것이 시사하는 바는 무엇인가?
• RQ3 토폴로지적 Kagome 격자에서 CDW를 구동시키는 상호작용 프로세스에 대한 모멘텀 의존성은 무엇을 보여주는가?
• RQ4 관찰된 갭 구조가 CDW와 초전도성의 공존에 어떤 정보를 제공하는가?

주요 결과

• CDW 갭은 강하게 모멘텀 의존적이다.
• CDW 갭은 M 포인트 근처에 존재하지만 Gamma 및 Gamma–K를 따라 상태는 갭이 남아 있다.
• 모멘텀 의존성은 CDW가 이웃한 M 점들 간의 산란에 의해 구동되며 페르미 에너지 근처의 DOS 발현 divergence를 시사한다.
• CsV3Sb5에서 부분적으로 갭화된 페르미 표면이 관찰된다.
• 결과는 토폴로지적 Kagome 격자에서 CDW 기전과 초전도성과의 공존에 대한 통찰을 제공한다.