[论文解读] Distinctive momentum dependent charge-density-wave gap observed in CsV$_3$Sb$_5$ superconductor with topological Kagome lattice

Zhengguo Wang, Sheng Ma+15 more|arXiv (Cornell University)|Apr 12, 2021

Topological Materials and Phenomena参考文献 20被引用 52

一句话总结

论文在 CsV3Sb5 上使用高分辨率 ARPES，揭示强烈的动量相关 CDW 间隙，在 M 点附近打开，同时使 Gamma 附近的态基本无隙，暗示在拓扑 Kagome 晶格上的嵌套驱动机制。

ABSTRACT

CsV$_3$Sb$_5$ is a newly discovered Kagome superconductor that attracts great interest due to its topological nontrivial band structure and the coexistence of superconductivity and charge-density-wave (CDW) with many exotic properties. Here, we report the detailed characterization of the CDW gap in high-quality CsV$_3$Sb$_5$ single crystals using high-resolution angle-resolved photoemission spectroscopy. We find that the CDW gap is strongly momentum dependent. While gapped around the $M$ point, the electronic states remain gapless around the $Γ$ point and along the $Γ$-$K$ direction. Such momentum dependence indicates that the CDW is driven by the scattering of electrons between neighboring $M$ points, where the band structure hosts multiple saddle points and the density of state diverges near the Fermi level. Our observations of the partially gapped Fermi surface and strongly momentum-dependent CDW gap not only provide a foundation for uncovering the mechanism of CDW in CsV$_3$Sb$_5$, but also shed light on the understanding of how the CDW coexists with superconductivity in this topological Kagome superconductor.

研究动机与目标

• 表征 CsV3Sb5 单晶的 CDW 间隙结构。
• 确定哪些动量区域出现 CDW 间隙，哪些区域保持无隙。
• 从动量相关的间隙分布推断 CDW 机制。
• 理解在拓扑 Kagome 晶格上 CDW 与超导共存的意义。

提出的方法

• 在 CsV3Sb5 单晶上进行高分辨率角分辨光电子能谱（ARPES）。
• 绘制布里渊区内的电子结构和 CDW 间隙分布。
• 识别 CDW 间隙开启的动量点以及保持无隙的区域。
• 从邻近 M 点之间的散射和态密度（DOS）相关考虑，解释动量依赖性。

实验结果

研究问题

• RQ1 CsV3Sb5 中 CDW 间隙在何处打开，随动量的变化如何？
• RQ2 费米面哪些区域保持无隙，这对 CDW 机制有何意义？
• RQ3 动量依赖性揭示了在拓扑 Kagome 晶格中驱动 CDW 的相互作用过程？
• RQ4 观测到的间隙结构如何为 CDW 与超导的共存提供信息？

主要发现

• CDW 间隙具有强烈的动量依赖性。
• CDW 间隙在 M 点周围存在，而 Gamma 附近以及 Gamma–K 方向的态仍然无隙。
• 动量依赖性表明 CDW 由邻近 M 点之间的散射驱动，且在费米水平附近的态密度发散。
• 观测结果显示 CsV3Sb5 的费米面部分被间隙化。
• 结果为在拓扑 Kagome 晶格上 CDW 机制及其与超导共存提供了见解。