[논문 리뷰] Nature of unconventional pairing in the kagome superconductors AV$_3$Sb$_5$

Xianxin Wu, Tilman Schwemmer외 11명|arXiv (Cornell University)|2021. 04. 12.

Topological Materials and Phenomena인용 수 13

한 줄 요약

이 논문은 카고메 초전도체 AV₃Sb₅에서의 비보편 초전도성은 하위격자 간섭과 비국소 전하 반발력에 의해 유도된 f-파일드 초전도 대칭에 기인한다고 제안한다. 6밴드 타이트버딩 모형과 무작위 위상 근사법을 사용하여, 현실적인 파arameter 조건 하에서 f-파일드 초전도가 지배적임을 규명하였으며, 표면 상태가 존재하는 위상적 특성을 띠는 노드 없는 부피 갭과 저온에서 유한한 열전도도를 보이는 실험적 서명을 예측한다.

ABSTRACT

The recent discovery of AV$_3$Sb$_5$ (A=K,Rb,Cs) has uncovered an intriguing arena for exotic Fermi surface instabilities in a kagome metal. Among them, superconductivity is found in the vicinity of multiple van Hove singularities, exhibiting indications of unconventional pairing. We show that the sublattice interference mechanism is central to understanding the formation of superconductivity in a kagome metal. Starting from an appropriately chosen minimal tight-binding model with multiple with multiple van Hove singularities close to the Fermi level for AV$_3$Sb$_5$, we provide a random phase approximation analysis of superconducting instabilities. Non-local Coulomb repulsion, the sublattice profile of the van Hove bands, and the bare interaction strength turn out to be the crucial parameters to determine the preferred pairing symmetry. Implications for potentially topological surface states are discussed, along with a proposal for additional measurements to pin down the nature of superconductivity in AV$_3$Sb$_5$.

연구 동기 및 목표

• AV₃Sb₅에서 다수의 반바퀴 홀로우 싱귤라리티 근처에서 초전도성이 나타나는 비보편 초전도성의 기원을 이해하기 위해.
• 하위격자 간섭과 비국소 전하 반발력이 비보편 초전도 대칭을 안정화시키는 데 미치는 역할을 규명하기 위해.
• AV₃Sb₅의 필수 전자 구조를 반영하는 최소 타이트버딩 모형에서 지배적인 초전도 채널을 규명하기 위해.
• f-파일드 초전도의 실험적으로 검증 가능한 서명, 특히 노드 구조와 열역학적 반응을 예측하기 위해.
• 전자 상호작용, 반바퀴 홀로우 싱귤라리티, 그리고 카고메 금속에서의 위상적 표면 상태 간의 상호작용을 명확히 하기 위해.

제안 방법

• AV₃Sb₅에서 피에르 레벨 근처의 다수의 반바퀴 홀로우 싱귤라리티를 반영하기 위해 6밴드 최소 타이트버딩 모형을 구축하였다.
• 전자-전자 상호작용에 기인한 초전도 불안정성을 분석하기 위해 무작위 위상 근사법(RPA)을 적용하였다.
• 하위격자 간섭 메커니즘이 효과적인 초전도 상호작용을 증가시키기 때문에, 비국소 전하 반발력을 명시적으로 포함시켰다.
• 반바퀴 홀로우 밴드의 하위격자 프로파일과 상호작용 강도를 변화시켜 초전도 대칭의 상전이도를 맵핑하였다.
• 표면 상태와 f-파일드 채널에서의 영에너지 안데레프 구속 상태를 식별하기 위해 가장자리 및 부피 스펙트럼 함수를 계산하였다.
• 저온에서의 스케일링 행동을 예측하기 위해 열역학적 및 운반 성능 반응(예: 비열, 열전도도, 침투 깊이)을 분석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 최소 모형에 하위격자 간섭과 비국소 전하 반발력을 포함할 경우, AV₃Sb₅에서 어떤 초전도 대칭이 유리한가?
• RQ2 피에르 레벨 근처의 다수의 반바퀴 홀로우 싱귤라리티가 비보편 초전도성의 발생에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 f-파일드 초전도의 특별한 실험적 서명은 무엇인가, 특히 열 및 스핀 반응에서?
• RQ4 압력에 따른 관측된 도우미형 초전도 상전이도는 개별 반바퀴 홀로우 밴드의 진화로 설명될 수 있는가?
• RQ5 f-파일드 초전도 상에서 위상적 표면 상태의 역할은 무엇이며, 가장자리 스펙트럼에서 어떻게 나타나는가?

주요 결과

• 하위격자 간섭과 비국소 전하 반발력에 의해 유도되어, 다양한 상호작용 강도와 모형 파라미터 범위에서 f-파일드 초전도 채널이 지배적임을 발견하였다.
• f-파일드 오더 파라미터는 시간역전 대칭을 위반하며, 회전 대칭에 의해 보호되는 노드를 지녀, 저온에서 유한한 열전도도를 갖는다.
• 부피 갭은 노드가 없으며, 침투 깊이 측정 결과와 일치하며, 개방 경계 조건 하에서 가장자리에서 영에너지 안데레프 구속 상태를 유도한다.
• 저온에서의 비열은 제곱에 비례하고, 열전도도는 선형에 비례하며, NMR 회복률은 세제곱에 비례한다—모두 f-파일드 초전도의 특징적인 서명이다.
• 압력에 따른 초전도 전이 온도의 이중 도우미형을 모델이 예측하였으며, 이는 개별 반바퀴 홀로우 밴드의 이동에 기인할 수 있다.
• 스핀 트리플렛 f-파일드 초전도는 냉각에 따라 스핀 수용도를 유지할 것으로 예상되며, 이는 커니트 시프트 측정을 통한 핵심적 검증이 가능하다.