[论文解读] Charge-4e and charge-6e flux quantization and higher charge superconductivity in kagome superconductor ring devices

Jun Ge, Pinyuan Wang+7 more|arXiv (Cornell University)|Jan 25, 2022

Physics of Superconductivity and Magnetism参考文献 35被引用 22

一句话总结

本文报告在 CsV3Sb5 kagome 超导环中发现磁传输证据表明存在多电荷通量量子化（h/2e、h/4e、h/6e），指示高电荷超导性。

ABSTRACT

The flux quantization is a key indication of electron pairing in superconductors. For example, the well-known h/2e flux quantization is considered strong evidence for the existence of the charge-2e, two-electron Cooper pairs. Here we report evidence for multi-charge flux quantization in mesoscopic ring devices fabricated using the transition-metal kagome superconductor CsV3Sb5. We perform systematic magneto-transport measurements and observe unprecedented quantization of magnetic flux in units of h/4e and h/6e in magnetoresistance oscillations. Specifically, at low temperatures, magnetoresistance oscillations with period h/2e are detected, as expected from the flux quantization for charge-2e superconductivity. We find that the h/2e oscillations are suppressed and replaced by resistance oscillations with h/4e periodicity when temperature is increased. Increasing the temperature further suppresses the h/4e oscillations and robust resistance oscillations with h/6e periodicity emerge as evidence for charge-6e flux quantization. Our observations provide the first experimental evidence for the existence of multi-charge flux quanta and emergent quantum matter exhibiting higher-charge superconductivity in the strongly fluctuating region above the charge-2e Cooper pair condensate, revealing new insights into the intertwined and vestigial electronic order in kagome superconductors.

研究动机与目标

• 将通量量子化作为电子配对的标志进行动机化，并在菊石格超导体中探索多电荷态。
• 在介观环装置中证明高电荷超导性（超越电荷2e）。
• 识别在 CsV3Sb5 中何时会出现 h/4e 和 h/6e 的通量量子。
• 表征通量量子化振荡的温度依赖性及相关电子序。

提出的方法

• 制备用于 CsV3Sb5 菊石格超导体的介观环装置。
• 进行系统的磁传输测量以检测磁阻振荡。
• 分析振荡周期以识别对应于 h/2e、h/4e、和 h/6e 的通量量子。
• 研究温度依赖性以观察不同电荷量子化的抑制与出现。
• 将结果解释为多电荷通量量子化和高电荷超导性的证据。

实验结果

研究问题

• RQ1 菊石格超导体在介观环中是否支持超越 h/2e 的通量量子化？
• RQ2 在 CsV3Sb5 环中何时会出现 h/4e 和 h/6e 的振荡？
• RQ3 温度如何影响观察到的通量量子及相关电子序？

主要发现

• 在低温下，观测到周期为 h/2e 的磁阻振荡。
• 随温度升高，h/2e 振荡被抑制，h/4e 振荡占主导。
• 进一步升温后，出现稳定的、周期为 h/6e 的振荡。
• 这些结果提供了菊石格超导体中第一批多电荷通量量子化和高电荷超导性的实验证据。
• 研究揭示了 CsV3Sb5 中纠缠的和残存的电子序的见解。