[논문 리뷰] Small Fermi pockets intertwined with charge stripes and pair density wave order in a kagome superconductor

Hong Li, Dongjin Oh외 14명|arXiv (Cornell University)|2023. 03. 13.

Topological Materials and Phenomena참고 문헌 44인용 수 9

한 줄 요약

연구는 분광 이미징 STM과 ARPES를 사용하여 CsV3Sb5에서 3D 전하밀도파와 이후 1D 전하 질서에 연결된 작은 재구성 페르미 포켓을 보이고, 초전도 상태에서 같은 q* 벡터로 변조된 Cooper 쌍-밀도파가 나타난다.

ABSTRACT

The kagome superconductor family AV3Sb5 (A=Cs, K, Rb) emerged as an exciting platform to study exotic Fermi surface instabilities. Here we use spectroscopic-imaging scanning tunneling microscopy (SI-STM) and angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES) to reveal how the surprising cascade of higher and lower-dimensional density waves in CsV3Sb5 is intimately tied to a set of small reconstructed Fermi pockets. ARPES measurements visualize the formation of these pockets generated by a 3D charge density wave transition. The pockets are connected by dispersive q* wave vectors observed in Fourier transforms of STM differential conductance maps. As the additional 1D charge order emerges at a lower temperature, q* wave vectors become substantially renormalized, signaling further reconstruction of the Fermi pockets. Remarkably, in the superconducting state, the superconducting gap modulations give rise to an in-plane Cooper pair-density-wave at the same q* wave vectors. Our work demonstrates the intrinsic origin of the charge-stripes and the pair-density-wave in CsV3Sb5 and their relationship to the Fermi pockets. These experiments uncover a unique scenario of how Fermi pockets generated by a parent charge density wave state can provide a favorable platform for the emergence of additional density waves.

연구 동기 및 목표

• CsV3Sb5의 밀도파 불안정성이 페르미 표면 위상과 어떻게 관련되는지 조사한다.
• 전하 질서 전이와 관련된 작은 재구성 페르미 포켓의 등장을 확인한다.
• 초전도성이 밀도파 질서와 어떻게 상호 작용하여 쌍-밀도파 상태를 생성하는지 밝힌다.
• 3D 전하밀도파, 1D 전하 질서, 및 페르미-포켓 형성 사이의 연결성을 이해한다.

제안 방법

• 스펙트로스코픽 이미징 주사 터널링 현미경(SI-STM)을 적용하여 차등 전도도(map differential conductance)를 매핑하고 q* 파수를 추출한다.
• 각도분해 광전자 방출 분광법(ARPES)을 사용하여 작은 재구성 페르미 포켓의 형성을 시각화한다.
• STM 맵의 푸리에 변환을 분석하여 포켓 특징을 분산되는 q* 벡터와 연결한다.
• 3D CDW, 1D 전하 질서, 초전도 상태와의 관계를 온도 변화 추적으로 분석한다.
• 초전도 간격 모듈화를 확인하고 이를 q* 벡터에서의 쌍-밀도파와 연관지어진다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 CsV3Sb5의 전하 밀도파가 페르미 표면을 어떻게 재구성하는가?
• RQ2 관찰된 작은 페르미 포켓과 STM/ARPES 데이터의 q* 벡터 간의 관계는 무엇인가?
• RQ3 저온의 1D 전하 질서 도입이 페르미 포켓과 q* 재규명에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 초전도성이 동일한 q* 벡터에서 쌍-밀도파 질서를 유도하는가?
• RQ5 CsV3Sb5에서 전하 스트라이프와 쌍-밀도파의 본질적 기원은 무엇인가?

주요 결과

• 작은 재구성 페르미 포켓은 3D 전하밀도파 전이에 의해 형성된다.
• 포켓은 푸리에 변환된 STM 맵에서 관찰되는 분산 q* 벡터로 연결된다.
• 저온에서의 1D 전하 질서가 q* 벡터를 재규명하고 포켓을 추가로 재구성한다.
• 초전도 상태의 간격 모듈화는 같은 q* 벡터에서의 평면 내 Cooper 쌍-밀도파를 유발한다.
• 이 결과는 CsV3Sb5에서 전하 스트라이프와 쌍-밀도파의 기원을 페르미 포켓 위상과 연결한다.