[논문 리뷰] Nodal superconductivity and superconducting domes in the topological Kagome metal CsV3Sb5

Chenglong Zhao, Lu-Yun Wang외 12명|arXiv (Cornell University)|2021. 02. 16.

Topological Materials and Phenomena인용 수 78

한 줄 요약

이 논문은 CsV3Sb5에서 노달 초전도성을 보고하고 압력 하에서 두 개의 초전도 돔을 드러내며 이 카모게 바나듐 화합물에서 비정상적 페어링을 시사합니다.

ABSTRACT

Recently superconductivity was discovered in the Kagome metal AV3Sb5 (A = K, Rb, and Cs), which has an ideal Kagome lattice of vanadium. These V-based superconductors also host charge density wave (CDW) and topological nontrivial band structure. Here we report the ultralow-temperature thermal conductivity and high pressure resistance measurements on CsV3Sb5 with Tc = 2.5 K, the highest among AV3Sb5. A finite residual linear term of thermal conductivity at zero magnetic field and its rapid increase in fields suggest nodal superconductivity. By applying pressure, the Tc of CsV3Sb5 increases first, then decreases to lower than 0.3 K at 11.4 GPa, showing a clear first superconducting dome peaked around 0.8 GPa. Above 11.4 GPa, superconductivity re-emerges, suggesting a second superconducting dome. Both nodal superconductivity and superconducting domes point to unconventional superconductivity in this V-based superconductor. While our finding of nodal superconductivity puts a strong constrain on the pairing state of the first dome, which should be related to the CDW instability, the superconductivity of the second dome may present another exotic pairing state in this ideal Kagome lattice of vanadium.

연구 동기 및 목표

• CsV3Sb5의 초전도 상태를 매우 낮은 온도에서의 열전도도로 조사한다.
• 외부 압력이 Tc 및 초전도 상에 어떤 영향을 미치는지 탐구한다.
• V 기반 Kagome 시스템에서 초전도성이 관습적인지 비관습적인지 판단한다.

제안 방법

• 극저온 열전도도와 그에 대한 자기장 의존성을 측정한다.
• 11 GPa를 넘어서는 고압에서의 저항 측정을 수행한다.
• 열전도도의 잔류 선형 항을 식별하여 노달 거동을 추론한다.
• 압력에 따른 Tc를 추적하여 초전도 도메인을 매핑한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 CsV3Sb5의 초전도는 노달인가 완전히 갭을 이루는가?
• RQ2 압력 적용이 Tc와 초전도 상태에 어떤 변화를 가져오는가?
• RQ3 압력 하에서 여러 개의 초전도 돔이 나타나는가, 그리고 그것이 페어링 메커니즘에 대해 무엇을 시사하는가?
• RQ4 CsV3Sb5에서 초전도성과 CDW 불안정성의 관계는 무엇인가?

주요 결과

• CsV3Sb5는 제로장에서 열전도도에 잔류 선형 항을 보이며, 자기장을 빠르게 증가시키는 경향은 노달 초전도성을 시사한다.
• Tc는 2.5 K에 도달하여 AV3Sb5 화합물 중에서 가장 높다.
• 압력하에서 Tc는 먼저 증가하다가 11.4 GPa에서 0.3 K 미만으로 감소하여 첫 번째 초전도 돔(대략 0.8 GPa 근처에서 피크)을 나타낸다.
• 11.4 GPa를 넘어서 초전도성이 다시 나타나며 두 번째 초전도 돔을 시사한다.