[논문 리뷰] Evidence of a hidden flux phase in the topological kagome metal CsV$_3$Sb$_5$

Yu Li, Chennan Wang외 18명|arXiv (Cornell University)|2021. 07. 22.

Topological Materials and Phenomena참고 문헌 50인용 수 90

한 줄 요약

본 논문은 제로필드 μSR로 검출된 CsV3Sb5의 시간 반전 대칭(TRSB) 깨짐을 보고하며, 이는 2×2 CDW 위상에서 나타나고, SHG 대칭 제약에 부합하는 주된 전류 순서 후보로 층간 결합된 키랄 플럭스 위상을 제안한다.

ABSTRACT

Phase transitions governed by spontaneous time reversal symmetry breaking (TRSB) have long been sought in many quantum systems, including materials with anomalous Hall effect (AHE), cuprate high temperature superconductors, Iridates and so on. However, experimentally identifying such a phase transition is extremely challenging because the transition is hidden from many experimental probes. Here, using zero-field muon spin relaxation (ZF-$μ$SR) technique, we observe strong TRSB signals below 70 K in the newly discovered kagome superconductor CsV$_3$Sb$_5$. The TRSB state emerges from the 2 x 2 charge density wave (CDW) phase present below ~ 95 K. By carrying out optical second-harmonic generation (SHG) experiments, we also find that inversion symmetry is maintained in the temperature range of interest. Combining all the experimental results and symmetry constraints, we conclude that the interlayer coupled chiral flux phase (CFP) is the most promising candidate for the TRSB state among all theoretical proposals of orbital current orders. Thus, this prototypical kagome metal CsV3Sb5 can be a platform to establish a TRSB current-ordered state and explore its relationship with CDW, giant AHE, and superconductivity.

연구 동기 및 목표

• CsV3Sb5 및 관련 카고메 금속에서 자발적 시간 반전 대칭 깨짐(TRSB)을 탐구하려는 동기를 부여한다.
• TRSB 위상과 그것의 CDW 및 초전도성과의 관계를 확인한다.
• 여러 실험 탐침을 사용하여 TRSB 상태의 대칭 특성을 특징화한다.
• 실험 제약에 부합하는 구체적인 전류 순서 상태를 제안한다.

제안 방법

• CsV3Sb5에서 TRSB 신호를 검출하기 위해 제로필드 μSR를 수행하고 발현 온도(약 70 K)를 결정한다.
• 관련 온도 범위에서 역전 대칭을 테스트하기 위해 광학적 이차조화 생성(SHG)을 사용한다.
• 가능한 TRSB 차수 매개변수를 제한하기 위해 대칭성 고려를 적용한다.
• 실험 결과를 이론적 궤도 전류 순서 제안과 비교하고 CDW 및 AHE 현상과의 일관성을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 CsV3Sb5가 CDW 위상과 연관된 자발적 시간 반전 대칭 깨짐(TRSB)을 보이는가?
• RQ2 관측된 μSR 신호와 SHG 대칭 제약에 호환되는 TRSB 차수 매개변수는 무엇인가?
• RQ3 층간 결합된 키랄 플럭스 위상이 CsV3Sb5에서 TRSB 상태의 실행가능한 구현인가?
• RQ4 TRSB 상태가 이 물질의 2×2 CDW, AHE, 초전도성과 어떤 관계가 있는가?

주요 결과

• 제로필드 μSR로 검출된 CsV3Sb5에서 70 K 이하에서 강한 TRSB 신호가 나타난다.
• TRSB 상태는 약 95 K 이하에서 존재하는 2×2 CDW 위상에서 출현한다.
• SHG 실험은 조사된 온도 범위에서 역전 대칭이 유지됨을 보여준다.
• 대칭성 분석은 층간 결합된 키랄 플럭스 위상을 궤도 전류 순서 중에서 가장 유력한 TRSB 후보로 지지한다.
• CsV3Sb5는 TRSB 전류 순서 상태와 그것의 CDW, AHE, 초전도성과의 관계를 연구하는 플랫폼으로 작용한다.