[논문 리뷰] Kagome superconductors from Pomeranchuk fluctuations in charge density wave metals

Yu‐Ping Lin, Rahul Nandkishore|arXiv (Cornell University)|2021. 07. 19.

Iron-based superconductors research참고 문헌 62인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 킬라메트럴 금속 AV₃Sb₅에서의 초전도성은 전하 밀도 파동(CDW) 모계 상태에서의 Pomeranchuk 변동에 기인하며, CDW 질서(~100 K)와 초전도 전이(~1 K) 사이의 큰 에너지 스케일 분리 현상을 설명한다. Lifshitz 전이와 양자临계점에서 재구성된 두 개의 Van Hove 특이점 근처에서 이중두부 초전도가 발생하며, 두 두부에서는 dxy-파동 및 (s+dx²−y²)-파동의 비대칭 스핀-싱เกlet 쌍화가 발생한다.

ABSTRACT

Motivated by the recent experiments on the kagome metals $A ext{V}_3 ext{Sb}_5$ with $A= ext{K}, ext{Rb}, ext{Cs}$, which see onset of charge density wave (CDW) order at $\sim$ $100$ K and superconductivity at $\sim$ $1$ K, we explore the onset of superconductivity, taking the perspective that it descends from a parent CDW state. In particular, we propose that the pairing comes from the Pomeranchuk fluctuations of the reconstructed Fermi surface in the CDW phase. This scenario naturally explains the large separation of energy scale from the parent CDW. Remarkably, the phase diagram hosts the double-dome superconductivity near two reconstructed Van Hove singularities. These singularities occur at the Lifshitz transition and the quantum critical point of the parent CDW. The first dome is occupied by the $d_{xy}$-wave nematic spin-singlet superconductivity. Meanwhile, the $(s+d_{x^2-y^2})$-wave nematic spin-singlet superconductivity develops in the second dome. Our work sheds light on an unconventional pairing mechanism with strong evidences in the kagome metals $A ext{V}_3 ext{Sb}_5$.

연구 동기 및 목표

• 킬라메트럴 금속 AV₃Sb₅에서 관찰되는 비국소적 초전도성의 원인을 설명하기 위해, 전하 밀도 파동(CDW) 질서(~100 K)와 초전도 전이(~1 K) 사이의 큰 에너지 스케일 분리를 설명한다.
• CDW 모계 상태에서와 같은 큰 에너지 스케일 분리가 존재하는 상황에서도 초전도성이 어떻게 발생할 수 있는지 조사한다.
• AV₃Sb₅에서 관측된 이중두부 초전도 위상도에 기여하는 쌍화 메커니즘을 규명한다.

제안 방법

• CDW 상을 Pomeranchuk 변동이 주요 쌍화 접착력인 재구성된 피에르 표면으로 모델링한다.
• 재구성된 피에르 표면 조건 하에서 Pomeranchuk 변동이 생성하는 효과적 쌍화 상호작용을 분석한다.
• 변동에 의해 유도된 상호작용을 사용하여 Eliashberg 방정식을 풀어 초전도 쌍화 대칭을 계산한다.
• CDW 질서의 Lifshitz 전이와 양자临계점에서 형성된 Van Hove 특이점의 역할을 규명한다.
• 두 개의 서로 다른 쌍화 대칭을 가진 초전도 두부를 구분할 수 있도록 위상도를 매핑한다.
• 대칭 분석을 통해 쌍화 상태를 비대칭 스핀-싱เก릿 상태로 분류하며, dxy 및 (s+dx²−y²) 성분을 포함한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 CDW 질서가 약 ~100 K에서 발생하는 반면, AV₃Sb₅에서 초전도성이 어떻게 매우 낮은 온도(~1 K)에서 발생할 수 있는가?
• RQ2 큰 에너지 스케일 분리가 존재하는 상황에서 CDW 상태에서의 쌍화를 매개하는 메커니즘은 무엇인가?
• RQ3 왜 초전도 위상도에서 재구성된 Van Hove 특이점 근처에 두 개의 별개의 두부가 나타나는가?
• RQ4 각 초전도 두부에서 쌍화 대칭의 성격은 무엇인가?
• RQ5 CDW 상태에서의 Pomeranchuk 변동은 어떻게 비대칭 스핀-싱게릿 쌍화를 이끌어내는가?

주요 결과

• AV₃Sb₅의 초전도성은 CDW 상태에서의 Pomeranchuk 변동에 의해 주도되며, 이는 큰 에너지 스케일 분리를 자연스럽게 설명하는 메커니즘을 제공한다.
• 이중두부 초전도 위상도는 CDW 질서의 Lifshitz 전이와 양자临계점에서 재구성된 두 개의 Van Hove 특이점 근처에서 발생한다.
• 첫 번째 초전도 두부는 Lifshitz 전이 근처의 변동에 의해 안정화된 dxy-파동 비대칭 스핀-싱게릿 쌍화를 포함한다.
• 두 번째 두부는 CDW 질서의 양자临계점 근처에서 나타나는 (s+dx²−y²)-파동 비대칭 스핀-싱게릿 쌍화를 특징으로 한다.
• 쌍화 메커니즘은 비국소적이며, 원자 진동이나 자성 변동이 아닌 피에르 표면 변동에 의해 매개된다.
• 이 모델은 kagome 금속에서 CDW 질서, 비대칭성, 비국소적 초전도성의 공존을 통합적으로 설명한다.