[论文解读] Competition between charge-density-wave and superconductivity in the kagome metal RbV3Sb5

N. N. Wang, Keyu Chen+17 more|arXiv (Cornell University)|Jul 1, 2021

Iron-based superconductors research参考文献 43被引用 7

一句话总结

本研究通过静水压下高达5 GPa的电阻率和磁化率测量，探究了kagome金属RbV3Sb5中电荷密度波（CDW）序与超导性之间的相互作用。研究揭示了一个复杂的T-P相图，呈现出双超导穹顶结构，并且Tc提高了四倍，表明CDW与超导序之间存在强烈竞争。

ABSTRACT

The interplay between charge-density-wave (CDW) order and superconductivity (SC) in the Kagome metal RbV3Sb5 is studied by tracking the evolutions of their transition temperatures, T* and Tc, as a function of pressure (P) via measurements of resistivity and magnetic susceptibility under various hydrostatic pressures up to ~ 5 GPa. It is found that the CDW order at T* experiences a subtle modification at Pc1 ~ 1.5 GPa before it is completely suppressed around Pc2 ~ 2.4 GPa. Accordingly, the superconducting transition Tc(P) exhibits a shallow M-shaped double superconducting dome with two extrema of Tconset ~ 4.4 K and 3.9 K around Pc1 and Pc2, respectively, leading to a fourfold enhancement of Tc with respect to that at ambient pressure. The constructed T-P phase diagram of RbV3Sb5 resembles that of CsV3Sb5, and shares similar features as many other unconventional superconducting systems with intertwined competing electronic orders. The strong competition between CDW and SC is also evidenced by the broad superconducting transition width in the coexistent region. Our results shed more light on the intriguing physics involving intertwined electronic orders in this novel topological kagome metal family.

研究动机与目标

• 理解kagome金属RbV3Sb5中电荷密度波（CDW）序与超导性（SC）之间的相互作用。
• 绘制在静水压下CDW转变温度（T*）和超导转变温度（Tc）的演化规律。
• 研究该新颖拓扑kagome金属体系中竞争电子序的性质。
• 确定压强诱导的相变及其对超导性能的影响。

提出的方法

• 在高达约5 GPa的静水压下，对单晶RbV3Sb5进行了电阻率和磁化率测量。
• 采用立方砧压机施加静水压，以调节电子相而无需化学掺杂。
• 通过温度依赖的电阻率和磁化率曲线，追踪T*（CDW转变）和Tc（超导转变）的压强演化行为。
• 基于提取的T*(P)和Tc(P)依赖关系，构建了T-P相图。
• 分析超导转变的宽度，以评估电子序共存与竞争的程度。
• 将观测到的相图与CsV3Sb5等相关体系及其他非传统超导体的相图进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 静水压如何影响RbV3Sb5中电荷密度波（CDW）转变温度T*？
• RQ2 超导转变温度Tc的压强依赖性如何？其行为是否表现出非单调性？
• RQ3 在压强调控的相图中，CDW与超导序如何竞争或共存？
• RQ4 在RbV3Sb5中观测到的双超导穹顶结构的起源是什么？
• RQ5 共存区域中超导转变的展宽程度在多大程度上表明了强烈的电子序竞争？

主要发现

• RbV3Sb5中的CDW序在Pc2 ~ 2.4 GPa处被抑制，且在Pc1 ~ 1.5 GPa处观察到细微变化。
• 超导转变温度Tc呈现出浅M形双穹顶结构，最大值分别位于~4.4 K（Pc1附近）和~3.9 K（Pc2附近）。
• 与常压相比，Tc提高了四倍，表明存在强烈的压强诱导超导配对。
• CDW与SC共存区域表现出宽广的超导转变，表明两种序之间存在强烈竞争。
• RbV3Sb5的T-P相图与CsV3Sb5的相图高度相似，并展现出与其他具有交织电子序的非传统超导体系的共同特征。
• 结果凸显了竞争电子不稳定性在塑造kagome金属中超导相中的关键作用。