[논문 리뷰] Phonon promoted charge density wave in topological kagome metal ScV$_{6}$Sn$_{6}$

Yong Hu, Junzhang Ma외 22명|arXiv (Cornell University)|2023. 04. 13.

Advanced Condensed Matter Physics참고 문헌 38인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 격자(포논) 자유도가 ScV6Sn6의 전하 밀도 파동(CDW)을 촉진한다는 것을 ARPES, 라만, 및 DFT로 뒷받침하며, CDW 파벡터 근처의 위상적 표면 상태와 중첩 특징을 드러낸다.

ABSTRACT

Charge density wave (CDW) orders in vanadium-based kagome metals have recently received tremendous attention due to their unique properties and intricate interplay with exotic correlated phenomena, topological and symmetry-breaking states. However, the origin of the CDW order remains a topic of debate. The discovery of ScV$_{6}$Sn$_{6}$, a vanadium-based bilayer kagome metal exhibiting an in-plane $\sqrt{3}$ x $\sqrt{3} $ $ extit{R}$30$°$ CDW order with time-reversal symmetry breaking, provides a novel platform to explore the underlying mechanism behind the unconventional CDW. Here, we combine high-resolution angle-resolved photoemission spectroscopy, Raman scattering measurements and density functional theory to investigate the electronic structures and phonon modes of ScV$_{6}$Sn$_{6}$ and their evolution with temperature. We identify topologically nontrivial Dirac surface states and multiple van Hove singularities (VHSs) in the vicinity of the Fermi level, with one VHS near the K point exhibiting nesting wave vectors in proximity to the $\sqrt{3}$ x $\sqrt{3}$ $ extit{R}$30$°$ CDW wave vector. Additionally, Raman measurements indicate a strong intrinsic electron-phonon coupling in ScV$_{6}$Sn$_{6}$, as evidenced by the presence of a two-phonon mode and a large frequency amplitude mode. Our findings highlight the fundamental role of lattice degrees of freedom in promoting the CDW in ScV$_{6}$Sn$_{6}$ and provide important insights into the fascinating correlation phenomena observed in kagome metals.

연구 동기 및 목표

• 바나듐 기반 카고메 금속에서 CDW의 기원을 이해하려는 동기를 제시한다.
• ScV6Sn6에서 격자 진동이 CDW 형성에 어떤 영향을 미치는지 조사한다.
• 페르미 준위 근처의 디랙 표면 상태 및 반호브 특이점 등 CDW와 관련된 전자구조 특징을 식별한다.
• 평면 내 √3 × √3 CDW 순서를 촉진하는 전자-포논 결합의 역할을 탐구한다.

제안 방법

• 전자 구조와 온도 진화를 맵핑하기 위한 고해상도 각도 분해 광전자 분광법(ARPES).
• 포논 모드와 전자-포논 결합 지표를 탐지하기 위한 라만 산란.
• 전자 구조와 포논 모드를 분석하기 위한 밀도범함수 이론(DFT) 계산.
• VHS와 디랙 상태를 CDW 파동벡터 근처의 중첩 벡터와의 상관관계.
• 두 포논 모드 및 큰 진폭 모드와 같은 포논 관련 특징의 분석.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 페르미 준위 근처에 어떤 전자구조 특징(디랙 표면 상태, VHS)이 있으며 이들이 CDW 파동벡터와 어떻게 관련되는가?
• RQ2 ScV6Sn6에서 강한 전자-포논 결합과 CDW를 촉진하는 특정 포논 모드의 증거가 있는가?
• RQ3 이 카고메 금속에서 평면 내 √3 × √3 CDW 순서의 등장에 포논이 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 √3 × √3 R30° CDW 파동벡터에 근접한 중첩 벡터가 전자적 또는 포논적 불안정성과 일치하는가?
• RQ5 ScV6Sn6에서 토폴로지와 대칭성 파괴 CDW 현상 간의 상호작용에서 격자 자유도의 역할은 무엇인가?

주요 결과

• 페르미 준위 근처에 위상학적으로 비자명한 디랙 표면 상태와 다수의 반호브 특이점이 존재한다.
• K 점 근처의 한 VHS가 √3 × √3 R30° CDW 파동벡터에 근접한 중첩 벡터를 보인다.
• 라만 측정은 두 포논 모드와 큰 진폭 모드로 입증된 강한 고유의 전자-포논 결합을 나타낸다.
• 격자 자유도가 ScV6Sn6의 CDW 촉진에 근본적인 역할을 한다.
• 본 연구의 결과는 이 물질에서 토폴로지, 카고메 격자, 및 CDW 현상 간의 상호작용에 대한 시사점을 제공한다.