[论文解读] Enhancement of superconductivity in hole-doped CsV3Sb5 thin flakes

Yanpeng Song, Tianping Ying+7 more|arXiv (Cornell University)|May 20, 2021

Topological Materials and Phenomena被引用 4

一句话总结

本研究通过选择性氧化，在空穴掺杂的CsV3Sb5薄膜中增强了超导性，显著提高了超导转变温度（Tc）和上临界磁场，同时抑制了电荷密度波（CDW）序。增强效应归因于费米能级附近的范霍夫奇点（VHSs），揭示了在凯莫夫金属中研究关联量子态的可调制二维平台。

ABSTRACT

The recently discovered layered kagome metal AV3Sb5 (A = K, Rb, and Cs) with vanadium kagome networks provides a novel platform to explore correlated quantum states intertwined with topological band structures. Here we report the prominent effect of hole doping on both superconductivity and charge density wave (CDW) order, achieved by selective oxidation of exfoliated thin flakes. A superconducting dome is revealed and the superconducting transition temperature (Tc) and upper critical field in thin flakes are significantly enhanced compared with the bulk further accompanied by the suppression of CDW. Detailed analyses establish the pivotal role of van Hove singularities (VHSs) in promoting correlated quantum orders in these kagome metals. Our experiment not only demonstrates the intriguing nature of superconducting and CDW orders but also provides a novel route to regulate the carrier concentration and a 2D tunable platform to further study the correlated phenomena in these kagome materials.

研究动机与目标

• 研究空穴掺杂对空穴掺杂CsV3Sb5薄膜中超导性和电荷密度波（CDW）序的影响。
• 探讨范霍夫奇点（VHSs）在促进凯莫夫金属中关联量子序中的作用。
• 建立用于研究AV3Sb5凯莫夫材料中关联现象的二维可调平台。
• 通过控制载流子浓度调节，提高超导转变温度（Tc）和上临界磁场。

提出的方法

• 对机械剥离的CsV3Sb5薄膜进行选择性氧化，以引入空穴掺杂并调节载流子浓度。
• 通过电输运和磁性测量识别超导转变温度（Tc）和CDW转变。
• 利用角分辨光电子能谱（ARPES）或类似技术探测电子结构并定位范霍夫奇点（VHSs）。
• 通过温度依赖电阻率和磁阻输运测量，分析超导性、CDW序与VHSs之间的相互作用。
• 比较薄膜与块体样品中的Tc和上临界磁场，以评估维度效应和增强效应。
• 采用理论建模，将VHS接近性与增强的超导配对联系起来。

实验结果

研究问题

• RQ1 通过氧化实现的空穴掺杂如何影响CsV3Sb5薄膜中的超导转变温度（Tc）？
• RQ2 范霍夫奇点（VHSs）在增强凯莫夫金属中超导性和抑制CDW序中起什么作用？
• RQ3 薄膜的二维特性在增强超导性和CDW序方面的影响程度如何？
• RQ4 在CsV3Sb5的二维极限下，上临界磁场如何随空穴掺杂而演化？
• RQ5 选择性氧化能否作为可靠方法来调节载流子浓度，并在凯莫夫材料中实现新型量子相？

主要发现

• 在空穴掺杂的CsV3Sb5薄膜中观察到超导穹顶，表明在中等空穴掺杂水平下超导性达到最优。
• 与块体CsV3Sb5相比，薄膜中的超导转变温度（Tc）和上临界磁场显著增强。
• 随着空穴掺杂增加，电荷密度波（CDW）序被抑制，表明CDW与超导相之间存在竞争或共存调制。
• 费米能级附近的范霍夫奇点（VHSs）被确定为促进关联量子序（包括超导性）的关键因素。
• 实验结果建立了一个通过可控空穴掺杂研究凯莫夫金属中关联现象的二维可调平台。
• Tc的增强和CDW的抑制表明，VHS接近性与AV3Sb5体系中涌现的量子序之间存在强关联。