[論文レビュー] Enhancement of superconductivity in hole-doped CsV3Sb5 thin flakes

Yanpeng Song, Tianping Ying+7 more|arXiv (Cornell University)|May 20, 2021

Topological Materials and Phenomena被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、選択的酸化を用いて穴ドーピングされたCsV3Sb5薄膜フラクスにおいて、超伝導転移温度（Tc）と上臨界磁場の顕著な向上に加え、電荷密度波（CDW）秩序の抑制が達成された。この向上は、フェルミ準位におけるvan Hove特異性（VHSs）に起因するとされ、kagome金属における相関量子相を研究するためのチューナブルな2次元プラットフォームを示している。

ABSTRACT

The recently discovered layered kagome metal AV3Sb5 (A = K, Rb, and Cs) with vanadium kagome networks provides a novel platform to explore correlated quantum states intertwined with topological band structures. Here we report the prominent effect of hole doping on both superconductivity and charge density wave (CDW) order, achieved by selective oxidation of exfoliated thin flakes. A superconducting dome is revealed and the superconducting transition temperature (Tc) and upper critical field in thin flakes are significantly enhanced compared with the bulk further accompanied by the suppression of CDW. Detailed analyses establish the pivotal role of van Hove singularities (VHSs) in promoting correlated quantum orders in these kagome metals. Our experiment not only demonstrates the intriguing nature of superconducting and CDW orders but also provides a novel route to regulate the carrier concentration and a 2D tunable platform to further study the correlated phenomena in these kagome materials.

研究の動機と目的

• 穴ドーピングが穴ドーピングされたCsV3Sb5薄膜フラクスにおける超伝導性および電荷密度波（CDW）秩序に与える影響を調査すること。
• van Hove特異性（VHSs）がkagome金属における相関量子秩序の促進に果たす役割を明らかにすること。
• AV3Sb5 kagome材料における相関現象を研究するための2次元チューナブルプラットフォームを確立すること。
• 制御されたキャリア濃度チューニングを通じて、超伝導転移温度（Tc）および上臨界磁場の向上を図ること。

提案手法

• エキスフォリエートされたCsV3Sb5薄膜フラクスの選択的酸化により、穴ドーピングとキャリア濃度のチューニングを実施。
• 電気的輸送および磁気的性質の測定により、超伝導転移温度（Tc）およびCDW転移を特定。
• 角度分解光電子分光法（ARPES）または類似手法を用いて、電子状態およびvan Hove特異性（VHSs）の位置を調査。
• 温度依存抵抗および磁場抵抗測定を通じて、超伝導性、CDW秩序およびVHSsの相乗的相互作用を分析。
• 薄膜フラクスとバルク試料におけるTcおよび上臨界磁場の比較により、次元性および強化効果を評価。
• 理論的モデリングを用いて、VHSに近接する状態と強化された超伝導ペアリングの関係を結びつける。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 酸化による穴ドーピングが、CsV3Sb5薄膜フラクスにおける超伝導転移温度（Tc）にどのように影響を与えるか？
• RQ2 van Hove特異性（VHSs）が、kagome金属における超伝導性の強化およびCDW秩序の抑制に果たす役割は何か？
• RQ3 薄膜フラクスの2次元的性質が、超伝導およびCDW秩序の強化に及ぼす影響はどの程度か？
• RQ4 CsV3Sb5の2次元的条件下で、穴ドーピングに伴い上臨界磁場はどのように変化するか？
• RQ5 選択的酸化は、kagome材料におけるキャリア濃度のチューニングおよび新しい量子相へのアクセスに信頼できる手法として機能するか？

主な発見

• 穴ドーピングされたCsV3Sb5薄膜フラクスでは、中程度の穴ドーピング領域で最適な超伝導性を示す超伝導ドームが観測された。
• バルクCsV3Sb5と比較して、薄膜フラクスでは超伝導転移温度（Tc）および上臨界磁場が顕著に向上した。
• 穴ドーピングの増加に伴い、電荷密度波（CDW）秩序が抑制されたことから、CDWと超伝導相の間で競合または共存の調節が行われていることが示された。
• フェルミ準位に近接するvan Hove特異性（VHSs）が、超伝導を含む相関量子秩序の促進に重要な役割を果たしていることが特定された。
• 実験的結果により、制御された穴ドーピングを通じて、kagome金属における相関現象を研究するための2次元チューナブルプラットフォームが確立された。
• Tcの向上およびCDWの抑制は、AV3Sb5系においてVHSに近接する状態と、出現する量子秩序との強い相関関係を示唆している。