[论文解读] Distinct band reconstructions in kagome superconductor CsV$_3$Sb$_5$

Yang Luo, Shuting Peng+13 more|arXiv (Cornell University)|Jun 2, 2021

Topological Materials and Phenomena参考文献 49被引用 21

一句话总结

本研究利用角分辨光电子能谱（ARPES）揭示了kagome超导体CsV₃Sb₅中两种不同的能带重构：一种源于具有垂直方向调制的三维电荷序，另一种则源于表面诱导的轨道选择性能带位移。研究结果为三维电荷序提供了直接证据，并表明表面工程可作为调控非平凡量子态的可行途径。

ABSTRACT

The new two-dimensional (2D) kagome superconductor CsV$_3$Sb$_5$ has attracted much recent attention due to the coexistence of superconductivity, charge order, topology and kagome physics. A key issue in this field is to unveil the unique reconstructed electronic structure, which successfully accommodates different orders and interactions to form a fertile ground for emergent phenomena. Here, we report angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES) evidence for two distinct band reconstructions in CsV$_3$Sb$_5$. The first one is characterized by the appearance of new electron energy band at low temperature. The new band is theoretically reproduced when the three dimensionality of the charge order is considered for a band-folding along the out-of-plane direction. The second reconstruction is identified as a surface induced orbital-selective shift of the electron energy band. Our results provide the first evidence for the three dimensionality of the charge order in single-particle spectral function, highlighting the importance of long-range out-of-plane electronic correlations in this layered kagome superconductor. They also point to the feasibility of orbital-selective control of the band structure via surface modification, which would open a new avenue for manipulating exotic phenomena in this system, including superconductivity.

研究动机与目标

• 解析kagome超导体CsV₃Sb₅中电子能带重构的本质，该体系共存有超导性、电荷序与拓扑特性。
• 确定观测到的能带重构是由体相电荷序还是表面效应引起。
• 研究垂直方向电子关联在塑造电子结构中的作用。
• 探索通过表面修饰实现轨道选择性能带工程的可行性。

提出的方法

• 采用角分辨光电子能谱（ARPES）在不同温度和表面条件下探测CsV₃Sb₅的电子能带结构。
• 将实验获得的ARPES数据与理论计算结果进行对比，理论计算中通过垂直方向的能带折叠引入三维电荷序。
• 通过比较不同表面终止或处理条件下的谱图，识别出轨道选择性能带位移。
• 采用理论建模重现观测到的能带重构，特别是低温下新电子能带的出现。
• 通过分析存在三维电荷序时的谱函数，评估长程垂直方向关联的作用。

实验结果

研究问题

• RQ1 CsV₃Sb₅在低温下新电子能带的产生原因是什么？
• RQ2 观测到的能带重构是由三维电荷序引起，还是表面效应所致？
• RQ3 能否通过表面修饰诱导出轨道选择性能带位移？
• RQ4 垂直方向电子关联如何影响该kagome超导体的电子结构？

主要发现

• 低温下出现的新电子能带可通过在理论模型中引入具有垂直方向能带折叠的三维电荷序得到重现。
• 通过ARPES在单粒子谱函数中直接观测到电荷序的三维特性。
• 第二种能带重构被识别为表面诱导的、轨道选择性的电子能带结构位移。
• 研究结果强调了长程垂直方向电子关联在稳定重构电子态中的重要性。
• 表面工程为该体系中实现轨道选择性调控能带结构提供了切实可行的路径。